วิธีการคำนวณปริมาณความร้อน ผลกระทบทางความร้อน และความร้อนที่ก่อตัว

(หรือการถ่ายเทความร้อน)

ความจุความร้อนจำเพาะของสาร

ความจุความร้อน- คือปริมาณความร้อนที่ร่างกายดูดซับเมื่อถูกความร้อน 1 องศา

ความจุความร้อนของร่างกายระบุด้วยทุน อักษรละติน กับ.

ความจุความร้อนของร่างกายขึ้นอยู่กับอะไร? ก่อนอื่นจากมวลของมัน เห็นได้ชัดว่าการให้ความร้อน เช่น น้ำ 1 กิโลกรัม จะต้องใช้ความร้อนมากกว่าการให้ความร้อน 200 กรัม

แล้วชนิดของสารล่ะ? มาทำการทดลองกัน ลองเอาภาชนะที่เหมือนกันสองใบมาเทน้ำที่มีน้ำหนัก 400 ลงในหนึ่งในนั้น และอีกใบหนึ่ง - น้ำมันพืชมีน้ำหนัก 400 กรัม มาเริ่มทำความร้อนโดยใช้หัวเผาที่เหมือนกันกันดีกว่า เมื่อสังเกตค่าเทอร์โมมิเตอร์เราจะเห็นว่าน้ำมันร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว หากต้องการให้น้ำร้อนและน้ำมันมีอุณหภูมิเท่ากัน น้ำจะต้องได้รับความร้อนนานขึ้น แต่ยิ่งเราให้น้ำร้อนนานเท่าไรก็ยิ่งได้รับความร้อนจากเตามากขึ้นเท่านั้น

ดังนั้นในการให้ความร้อนแก่สารต่าง ๆ ที่มีมวลเท่ากันให้มีอุณหภูมิเท่ากัน ปริมาณที่แตกต่างกันความอบอุ่น ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการให้ความร้อนแก่ร่างกาย ดังนั้น ความจุความร้อนของมันจึงขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ร่างกายประกอบขึ้น

ตัวอย่างเช่น ในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมขึ้น 1°C จำเป็นต้องมีปริมาณความร้อนเท่ากับ 4,200 จูล และเพื่อให้ความร้อนแก่มวลเดียวกันขึ้น 1°C น้ำมันดอกทานตะวันปริมาณความร้อนที่ต้องการคือ 1,700 J

ปริมาณทางกายภาพแสดงว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการทำให้สาร 1 กิโลกรัมร้อนขึ้น 1 ºСเรียกว่า ความจุความร้อนจำเพาะของสารนี้

สารแต่ละชนิดมีความจุความร้อนจำเพาะของตัวเอง ซึ่งแสดงด้วยตัวอักษรละติน c และมีหน่วยวัดเป็นจูลต่อกิโลกรัม (J/(kg °C))

ความจุความร้อนจำเพาะของสารเดียวกันในสถานะการรวมกลุ่มที่แตกต่างกัน (ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ) จะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4200 J/(kg °C) และความจุความร้อนจำเพาะของน้ำแข็งคือ 2100 J/(kg °C) อลูมิเนียมในสถานะของแข็งมีความจุความร้อนจำเพาะ 920 J/(kg - °C) และในสถานะของเหลว - 1,080 J/(kg - °C)

โปรดทราบว่าน้ำมีความจุความร้อนจำเพาะสูงมาก ดังนั้นน้ำในทะเลและมหาสมุทรซึ่งร้อนขึ้นในฤดูร้อนจึงถูกดูดซับจากอากาศ จำนวนมากความร้อน. ด้วยเหตุนี้ ในสถานที่ที่อยู่ใกล้แหล่งน้ำขนาดใหญ่ ฤดูร้อนจึงไม่ร้อนเท่ากับในสถานที่ห่างไกลจากน้ำ

การคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำความร้อนให้กับร่างกายหรือที่ร่างกายปล่อยออกมาระหว่างการทำความเย็น

จากที่กล่าวมาข้างต้น เป็นที่ชัดเจนว่าปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการให้ความร้อนแก่ร่างกายขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ร่างกายประกอบด้วย (เช่น ความจุความร้อนจำเพาะของสารนั้น) และมวลของร่างกาย เป็นที่ชัดเจนว่าปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับว่าเราจะเพิ่มอุณหภูมิของร่างกายกี่องศา

ดังนั้น เพื่อกำหนดปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำความร้อนให้กับร่างกายหรือที่ร่างกายปล่อยออกมาในระหว่างการทำความเย็น คุณจะต้องคูณความจุความร้อนจำเพาะของร่างกายด้วยมวลของมัน และด้วยความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิสุดท้ายและอุณหภูมิเริ่มต้น:

ถาม = ซม (ที 2 - ที 1 ) ,

ที่ไหน ถาม- ปริมาณความร้อน ค— ความจุความร้อนจำเพาะ ม- น้ำหนักตัว ที 1 — อุณหภูมิเริ่มต้น ที 2 — อุณหภูมิสุดท้าย

เมื่อร่างกายเกิดความร้อนขึ้น เสื้อ 2 > ที 1 และด้วยเหตุนี้ ถาม > 0 - เมื่อร่างกายเย็นลง ที 2 ไอ< ที 1 และด้วยเหตุนี้ ถาม< 0 .

หากทราบความจุความร้อนของร่างกายทั้งหมด กับ, ถามกำหนดโดยสูตร:

ถาม = C (เสื้อ 2 - ที 1 ) .

อะไรจะร้อนเร็วขึ้นบนเตา - กาต้มน้ำหรือถังน้ำ? คำตอบนั้นชัดเจน - กาน้ำชา แล้วคำถามที่สองคือทำไม?

คำตอบก็ชัดเจนไม่น้อย - เนื่องจากมวลน้ำในกาต้มน้ำมีน้อยกว่า ยอดเยี่ยม. และตอนนี้คุณสามารถสัมผัสประสบการณ์ทางกายภาพที่แท้จริงได้ด้วยตัวเองที่บ้านแล้ว ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องมีกระทะขนาดเล็กสองใบที่เหมือนกันน้ำและน้ำมันพืชในปริมาณเท่ากันเช่นอย่างละครึ่งลิตรและเตา วางกระทะที่มีน้ำมันและน้ำบนไฟร้อนเดียวกัน ตอนนี้แค่ดูว่าอะไรจะร้อนขึ้นเร็วขึ้น หากคุณมีเทอร์โมมิเตอร์สำหรับของเหลว ก็สามารถใช้ได้ หากไม่มี ก็แค่ทดสอบอุณหภูมิด้วยนิ้วเป็นครั้งคราว แต่ระวังอย่าให้ถูกไฟไหม้ ไม่ว่าในกรณีใดคุณจะเห็นว่าน้ำมันร้อนเร็วกว่าน้ำมาก และอีกหนึ่งคำถามที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในรูปแบบของประสบการณ์ได้เช่นกัน ซึ่งจะเดือดเร็วขึ้น - น้ำอุ่นหรือหนาว? ทุกอย่างชัดเจนอีกครั้ง - อันอบอุ่นจะเป็นคนแรกที่เส้นชัย เหตุใดจึงมีคำถามและการทดลองแปลกๆ เหล่านี้? เพื่อกำหนดปริมาณทางกายภาพที่เรียกว่า “ปริมาณความร้อน”

ปริมาณความร้อน

ปริมาณความร้อนคือพลังงานที่ร่างกายสูญเสียหรือได้รับระหว่างการถ่ายเทความร้อน นี่ชัดเจนจากชื่อ เมื่อเย็นลง ร่างกายจะสูญเสียความร้อนจำนวนหนึ่ง และเมื่อได้รับความร้อนก็จะดูดซับไว้ และคำตอบสำหรับคำถามของเราก็แสดงให้เราเห็น ปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับอะไร?ประการแรกยิ่งมากขึ้น น้ำหนักตัวยิ่งต้องใช้ความร้อนมากขึ้นในการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหนึ่งองศา ประการที่สอง ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการให้ความร้อนแก่ร่างกายนั้นขึ้นอยู่กับสารที่ร่างกายประกอบด้วย ซึ่งก็คือ ประเภทของสาร และประการที่สาม ความแตกต่างของอุณหภูมิร่างกายก่อนและหลังการถ่ายเทความร้อนก็มีความสำคัญต่อการคำนวณของเราเช่นกัน จากข้อมูลข้างต้นเราทำได้ กำหนดปริมาณความร้อนโดยใช้สูตร:

Q=ซม.(t_2-t_1) ,

โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน
ม. - น้ำหนักตัว
(t_2-t_1) - ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิร่างกายเริ่มต้นและสุดท้าย
c คือความจุความร้อนจำเพาะของสารซึ่งได้จากตารางที่เกี่ยวข้อง

เมื่อใช้สูตรนี้ คุณสามารถคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำความร้อนให้กับร่างกายหรือที่ร่างกายนี้จะปล่อยออกมาเมื่อเย็นตัวลง

ปริมาณความร้อนวัดเป็นจูล (1 J) เช่นเดียวกับพลังงานประเภทอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ค่านี้ถูกนำมาใช้เมื่อไม่นานมานี้ และผู้คนเริ่มวัดปริมาณความร้อนเร็วขึ้นมาก และพวกเขาใช้หน่วยที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในยุคของเรา - แคลอรี่ (1 แคลอรี่) 1 แคลอรี่คือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้น้ำ 1 กรัมร้อนขึ้น 1 องศาเซลเซียส จากข้อมูลเหล่านี้ ผู้ที่ชื่นชอบการนับแคลอรี่ในอาหารที่รับประทานสามารถคำนวณปริมาณน้ำที่สามารถต้มกับพลังงานที่พวกเขาบริโภคพร้อมกับอาหารในระหว่างวันได้เพื่อความสนุกสนาน

แนวคิดเรื่องปริมาณความร้อนจึงเกิดขึ้น ระยะแรกพัฒนาการของฟิสิกส์สมัยใหม่ เมื่อไม่มีแนวคิดที่ชัดเจนเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของสสาร พลังงานคืออะไร พลังงานรูปแบบใดที่มีอยู่ในธรรมชาติ และเกี่ยวกับพลังงานในรูปแบบการเคลื่อนที่และการเปลี่ยนแปลงของสสาร

ปริมาณความร้อนเข้าใจว่าเป็นปริมาณทางกายภาพเทียบเท่ากับพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังตัววัสดุในกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน

หน่วยความร้อนที่ล้าสมัยคือแคลอรี่เท่ากับ 4.2 J ในปัจจุบันหน่วยนี้ไม่ได้ใช้จริงและจูลก็เข้ามาแทนที่

ในขั้นต้น สันนิษฐานว่าตัวพาพลังงานความร้อนเป็นตัวกลางไร้น้ำหนักโดยสมบูรณ์และมีคุณสมบัติเป็นของเหลว ปัญหาทางกายภาพมากมายของการถ่ายเทความร้อนได้รับการแก้ไขแล้วและยังคงได้รับการแก้ไขตามสมมติฐานนี้ การมีอยู่ของแคลอรี่สมมุติเป็นพื้นฐานสำหรับโครงสร้างที่ถูกต้องหลายประการ เชื่อกันว่าแคลอรี่จะถูกปล่อยออกมาและถูกดูดซับในปรากฏการณ์ของการให้ความร้อนและความเย็น การหลอมและการตกผลึก ได้สมการที่ถูกต้องสำหรับกระบวนการถ่ายเทความร้อนตามแนวคิดทางกายภาพที่ไม่ถูกต้อง มีกฎที่ทราบกันว่าปริมาณความร้อนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของร่างกายที่มีส่วนร่วมในการแลกเปลี่ยนความร้อนและการไล่ระดับอุณหภูมิ:

โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน m คือมวลกาย และค่าสัมประสิทธิ์ กับ– ปริมาณที่เรียกว่าความจุความร้อนจำเพาะ ความจุความร้อนจำเพาะเป็นคุณลักษณะของสารที่เกี่ยวข้องในกระบวนการ

ทำงานในอุณหพลศาสตร์

จากกระบวนการทางความร้อน ทำให้สามารถทำงานทางกลล้วนๆ ได้ ตัวอย่างเช่น เมื่อแก๊สร้อนขึ้น ปริมาตรของมันจะเพิ่มขึ้น ลองใช้สถานการณ์ตามภาพด้านล่าง:

ใน ในกรณีนี้งานเครื่องกลจะเท่ากับแรงของแรงดันแก๊สที่ลูกสูบคูณด้วยเส้นทางที่ลูกสูบเคลื่อนที่ภายใต้แรงดัน แน่นอนว่านี่เป็นกรณีที่ง่ายที่สุด แต่ถึงแม้จะอยู่ในนั้นเราก็สามารถสังเกตเห็นความยากลำบากอย่างหนึ่ง: แรงกดจะขึ้นอยู่กับปริมาตรของก๊าซซึ่งหมายความว่าเราไม่ได้เกี่ยวข้องกับค่าคงที่ แต่ด้วยปริมาณที่แปรผัน เนื่องจากตัวแปรทั้งสาม: ความดัน อุณหภูมิ และปริมาตรมีความสัมพันธ์กัน การคำนวณงานจึงมีความซับซ้อนมากขึ้นอย่างมาก มีกระบวนการในอุดมคติและช้าอย่างไม่มีที่สิ้นสุด: ไอโซบาริก อุณหภูมิคงที่ อะเดียแบติก และไอโซคอริก ซึ่งการคำนวณดังกล่าวสามารถทำได้ค่อนข้างง่าย กราฟของความดันเทียบกับปริมาตรจะถูกพล็อต และงานจะถูกคำนวณเป็นส่วนสำคัญของแบบฟอร์ม

ความจุความร้อนของร่างกายระบุด้วยอักษรละตินตัวพิมพ์ใหญ่ กับ.

แล้วชนิดของสารล่ะ? มาทำการทดลองกัน ลองใช้ภาชนะที่เหมือนกันสองใบแล้วเทน้ำที่มีน้ำหนัก 400 กรัมลงในหนึ่งในนั้นและอีกอันใส่น้ำมันพืชที่มีน้ำหนัก 400 กรัมเราจะเริ่มให้ความร้อนโดยใช้หัวเผาที่เหมือนกัน เมื่อสังเกตค่าเทอร์โมมิเตอร์เราจะเห็นว่าน้ำมันร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว หากต้องการให้น้ำร้อนและน้ำมันมีอุณหภูมิเท่ากัน น้ำจะต้องได้รับความร้อนนานขึ้น แต่ยิ่งเราให้น้ำร้อนนานเท่าไรก็ยิ่งได้รับความร้อนจากเตามากขึ้นเท่านั้น

ดังนั้นปริมาณความร้อนที่แตกต่างกันจึงจำเป็นในการให้ความร้อนแก่สารต่างชนิดที่มีมวลเท่ากันจนถึงอุณหภูมิเดียวกัน ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการให้ความร้อนแก่ร่างกาย ดังนั้น ความจุความร้อนของมันจึงขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ร่างกายประกอบขึ้น

ตัวอย่างเช่น ในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมขึ้น 1 °C ต้องใช้ปริมาณความร้อนเท่ากับ 4,200 จูล และเพื่อให้น้ำมันดอกทานตะวันมีมวลเท่ากันเพิ่มขึ้น 1 °C ปริมาณความร้อนจะเท่ากับ ต้องใช้ 1700 เจ

ปริมาณทางกายภาพที่แสดงปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำให้สาร 1 กิโลกรัมร้อนขึ้น 1 ºС เรียกว่า ความจุความร้อนจำเพาะของสารนี้

ความจุความร้อนจำเพาะของสารชนิดเดียวกันในสถานะการรวมกลุ่มที่แตกต่างกัน (ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ) จะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4200 J/(kg °C) และความจุความร้อนจำเพาะของน้ำแข็งคือ 2100 J/(kg °C) อลูมิเนียมในสถานะของแข็งมีความจุความร้อนจำเพาะ 920 J/(kg - °C) และในสถานะของเหลว - 1,080 J/(kg - °C)

โปรดทราบว่าน้ำมีความจุความร้อนจำเพาะสูงมาก ดังนั้นน้ำในทะเลและมหาสมุทรเมื่อได้รับความร้อนในฤดูร้อนจะดูดซับความร้อนจำนวนมากจากอากาศ ด้วยเหตุนี้ ในสถานที่ที่อยู่ใกล้แหล่งน้ำขนาดใหญ่ ฤดูร้อนจึงไม่ร้อนเท่ากับในสถานที่ห่างไกลจากน้ำ

การคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำความร้อนให้กับร่างกายหรือที่ร่างกายปล่อยออกมาระหว่างการทำความเย็น

ถาม= ซม (เสื้อ 2 -เสื้อ 1),

ที่ไหน ถาม- ปริมาณความร้อน ค- ความจุความร้อนจำเพาะ ม- น้ำหนักตัว เสื้อ 1- อุณหภูมิเริ่มต้น เสื้อ 2- อุณหภูมิสุดท้าย

เมื่อร่างกายเกิดความร้อนขึ้น เสื้อ 2> เสื้อ 1และด้วยเหตุนี้ ถาม >0 - เมื่อร่างกายเย็นลง ที 2 ไอ< เสื้อ 1และด้วยเหตุนี้ ถาม< 0 .

หากทราบความจุความร้อนของร่างกายทั้งหมด กับ, ถามกำหนดโดยสูตร: ถาม = C (เสื้อ 2 - เสื้อ 1)

22) การหลอมละลาย: คำจำกัดความ, การคำนวณปริมาณความร้อนสำหรับการหลอมละลายหรือการแข็งตัว, ความร้อนจำเพาะของฟิวชัน, กราฟของ t 0 (Q)

อุณหพลศาสตร์

สาขาวิชาฟิสิกส์โมเลกุลที่ศึกษาการถ่ายโอนพลังงาน รูปแบบของการเปลี่ยนแปลงพลังงานประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง อุณหพลศาสตร์ไม่ได้คำนึงถึงอุณหพลศาสตร์ซึ่งต่างจากทฤษฎีจลน์ศาสตร์ระดับโมเลกุล โครงสร้างภายในสารและไมโครพารามิเตอร์

ระบบอุณหพลศาสตร์

เป็นกลุ่มของวัตถุที่แลกเปลี่ยนพลังงาน (ในรูปของงานหรือความร้อน) ระหว่างกันหรือกับกัน สิ่งแวดล้อม- ตัวอย่างเช่น น้ำในกาต้มน้ำเย็นลง และมีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างน้ำกับกาต้มน้ำและความร้อนของกาต้มน้ำกับสิ่งแวดล้อม กระบอกสูบที่มีแก๊สอยู่ใต้ลูกสูบ: ลูกสูบทำงานซึ่งเป็นผลมาจากการที่ก๊าซได้รับพลังงานและพารามิเตอร์มาโครเปลี่ยนไป

ปริมาณความร้อน

นี้ พลังงานซึ่งระบบรับหรือปล่อยออกมาระหว่างกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน แสดงด้วยสัญลักษณ์ Q ซึ่งวัดได้เช่นเดียวกับพลังงานใดๆ ในหน่วยจูล

จากกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนต่างๆ พลังงานที่ถ่ายโอนจะถูกกำหนดด้วยวิธีของมันเอง

เครื่องทำความร้อนและความเย็น

กระบวนการนี้มีลักษณะเฉพาะคือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของระบบ ปริมาณความร้อนถูกกำหนดโดยสูตร

ความจุความร้อนจำเพาะของสารด้วยวัดจากปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการอุ่นเครื่อง หน่วยมวลของสารนี้ 1K การทำความร้อนแก้ว 1 กก. หรือน้ำ 1 กก. ต้องใช้พลังงานในปริมาณที่แตกต่างกัน ความจุความร้อนจำเพาะเป็นปริมาณที่ทราบ ซึ่งคำนวณไว้แล้วสำหรับสารทั้งหมด ดูค่าในตารางทางกายภาพ

ความจุความร้อนของสาร C- นี่คือปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำให้ร่างกายร้อนขึ้นโดยไม่คำนึงถึงมวลของมัน 1K

การหลอมละลายและการตกผลึก

การหลอมละลายคือการเปลี่ยนสารจากของแข็งเป็นสถานะของเหลว การเปลี่ยนผ่านแบบย้อนกลับเรียกว่าการตกผลึก

พลังงานที่ใช้ในการทำลายล้าง ตาข่ายคริสตัลสารที่กำหนดโดยสูตร

ความร้อนจำเพาะการหลอมละลายเป็นค่าที่ทราบสำหรับสารแต่ละชนิด ดูค่าในตารางทางกายภาพ

การกลายเป็นไอ (การระเหยหรือการเดือด) และการควบแน่น

การกลายเป็นไอคือการเปลี่ยนของสารจากสถานะของเหลว (ของแข็ง) ไปเป็นสถานะก๊าซ กระบวนการย้อนกลับเรียกว่าการควบแน่น

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอเป็นค่าที่ทราบสำหรับสารแต่ละชนิด ดูค่าในตารางทางกายภาพ

การเผาไหม้

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อสารไหม้

ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้เป็นค่าที่ทราบสำหรับสารแต่ละชนิด ดูค่าในตารางทางกายภาพ

สำหรับระบบของร่างกายแบบปิดและแบบอะเดียแบติก สมการสมดุลความร้อนจะเป็นไปตามสมการ ผลรวมเชิงพีชคณิตของปริมาณความร้อนที่ให้และรับโดยทุกวัตถุที่มีส่วนร่วมในการแลกเปลี่ยนความร้อนเท่ากับศูนย์:

ค 1 +คิว 2 +...+คิว n =0

23) โครงสร้างของของเหลว ชั้นพื้นผิว แรงตึงผิว: ตัวอย่างของการสำแดง การคำนวณ ค่าสัมประสิทธิ์แรงตึงผิว

ในบางครั้ง โมเลกุลใดๆ ก็ตามอาจเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งว่างในบริเวณใกล้เคียง การกระโดดของของเหลวเกิดขึ้นค่อนข้างบ่อย ดังนั้นโมเลกุลจึงไม่ผูกติดกับจุดศูนย์กลางเฉพาะเหมือนในผลึก และสามารถเคลื่อนที่ได้ตลอดปริมาตรของของเหลว สิ่งนี้จะอธิบายความลื่นไหลของของเหลว เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างโมเลกุลที่อยู่ใกล้กัน พวกมันจึงสามารถสร้างกลุ่มที่ได้รับคำสั่งเฉพาะที่ (ไม่เสถียร) ซึ่งมีหลายโมเลกุลได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ปิดรับออเดอร์(รูปที่ 3.5.1)

สัมประสิทธิ์ β เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงปริมาตร - ค่าสัมประสิทธิ์ของของเหลวนี้มากกว่าของแข็งหลายสิบเท่า ตัวอย่างเช่น สำหรับน้ำ ที่อุณหภูมิ 20 °C β ใน พรีเมี่ยม 2 10 – 4 K – 1 สำหรับเหล็ก β st พรีเมี่ยม 3.6 10 – 5 K – 1 สำหรับแก้วควอทซ์ β kv หยาบคาย 9 10 – 6 K – 1 .

การขยายตัวทางความร้อนของน้ำทำให้เกิดความผิดปกติที่น่าสนใจและสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 4 °C น้ำจะขยายตัวเมื่ออุณหภูมิลดลง (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง มันจะขยายตัว น้ำแข็งจึงลอยอยู่บนผิวน้ำที่กลายเป็นน้ำแข็ง อุณหภูมิของน้ำเยือกแข็งใต้น้ำแข็งคือ 0 °C ในชั้นน้ำที่มีความหนาแน่นมากขึ้นที่ด้านล่างของอ่างเก็บน้ำ อุณหภูมิจะอยู่ที่ประมาณ 4 °C ด้วยเหตุนี้ ชีวิตจึงสามารถดำรงอยู่ในน้ำจากอ่างเก็บน้ำที่กลายเป็นน้ำแข็งได้

ที่สุด คุณสมบัติที่น่าสนใจของเหลวคือการมีอยู่ พื้นผิวฟรี - ของเหลวไม่เหมือนกับก๊าซตรงที่ไม่สามารถเติมปริมาตรทั้งหมดของภาชนะที่เทลงไปได้ ส่วนต่อประสานถูกสร้างขึ้นระหว่างของเหลวและก๊าซ (หรือไอ) ซึ่งอยู่ภายใน เงื่อนไขพิเศษเมื่อเทียบกับมวลของเหลวที่เหลือ. ควรคำนึงว่าเนื่องจากความสามารถในการอัดต่ำมาก การมีอยู่ของชั้นพื้นผิวที่อัดแน่นกว่าจึงไม่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของของเหลวที่เห็นได้ชัดเจน หากโมเลกุลเคลื่อนที่จากพื้นผิวไปสู่ของเหลว แรงอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลจะเกิดขึ้น การทำงานเชิงบวก- ในทางตรงกันข้าม เพื่อดึงโมเลกุลจำนวนหนึ่งจากความลึกของของเหลวไปยังพื้นผิว (เช่น เพิ่มพื้นที่ผิวของของเหลว) แรงภายนอกจะต้องทำงานเชิงบวก Δ กภายนอกเป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลง Δ สพื้นที่ผิว:

เป็นที่ทราบกันดีจากกลศาสตร์ว่าสภาวะสมดุลของระบบสอดคล้องกับค่าต่ำสุดของพลังงานศักย์ ตามมาว่าพื้นผิวอิสระของของเหลวมีแนวโน้มที่จะลดพื้นที่ลง ด้วยเหตุนี้ ของเหลวที่หยดหนึ่งจึงมีรูปร่างเป็นทรงกลม ของเหลวมีพฤติกรรมราวกับว่าแรงที่กระทำต่อพื้นผิวของมันกำลังหดตัว (ดึง) พื้นผิวนี้ กองกำลังเหล่านี้เรียกว่า แรงตึงผิว .

การมีอยู่ของแรงตึงผิวทำให้พื้นผิวของของเหลวดูเหมือนฟิล์มยืดยืดหยุ่น โดยมีข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือแรงยืดหยุ่นในฟิล์มขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของมัน (เช่น วิธีการเปลี่ยนรูปของฟิล์ม) และแรงตึงผิว กองกำลัง ไม่ต้องพึ่งบนพื้นที่ผิวของของเหลว

ของเหลวบางชนิด เช่น น้ำสบู่ มีความสามารถในการสร้างฟิล์มบางๆ ฟองสบู่ที่รู้จักกันดีมีรูปร่างเป็นทรงกลมปกติ ซึ่งยังแสดงให้เห็นถึงผลกระทบของแรงตึงผิวด้วย หากโครงลวดซึ่งด้านใดด้านหนึ่งสามารถเคลื่อนย้ายได้ถูกหย่อนลงในสารละลายสบู่ทั้งเฟรมจะถูกคลุมด้วยฟิล์มของเหลว (รูปที่ 3.5.3)

แรงตึงผิวมีแนวโน้มที่จะลดพื้นผิวของฟิล์ม เพื่อให้สมดุลด้านที่เคลื่อนย้ายได้ของเฟรม ต้องใช้แรงภายนอกกับเฟรม หากคานประตูเคลื่อนที่ไปทีละ Δ ภายใต้อิทธิพลของแรง xจากนั้นงาน Δ จะถูกดำเนินการ กวน์ = เอฟ vn Δ x = Δ อีพี = σΔ สโดยที่ ∆ ส = 2ลΔ x– เพิ่มพื้นที่ผิวทั้งสองด้านของฟิล์มสบู่ เนื่องจากโมดูลัสของแรงและเหมือนกัน เราสามารถเขียนได้:

ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์แรงตึงผิว σ สามารถนิยามได้เป็น โมดูลัสของแรงตึงผิวที่กระทำต่อความยาวหน่วยของเส้นที่ล้อมรอบพื้นผิว.

เนื่องจากการกระทำของแรงตึงผิวในหยดของเหลวและฟองสบู่ภายใน แรงดันส่วนเกิน Δ จึงเกิดขึ้น พี- หากคุณตัดรัศมีหยดทรงกลมทางจิตใจ รออกเป็นสองซีก จากนั้นแต่ละซีกจะต้องอยู่ในสมดุลภายใต้การกระทำของแรงตึงผิวที่ใช้กับขอบเขตการตัดที่มีความยาว 2π รและแรงกดดันส่วนเกินที่กระทำต่อพื้นที่ π ร 2 ส่วน (รูปที่ 3.5.4) สภาวะสมดุลเขียนเป็น

หากแรงเหล่านี้มากกว่าแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของของเหลวเองแสดงว่าเป็นของเหลว เปียกพื้นผิว แข็ง- ในกรณีนี้ของเหลวจะเข้าใกล้พื้นผิวของวัตถุที่เป็นของแข็งในบางส่วน มุมแหลมθ ซึ่งเป็นคุณลักษณะของคู่ของเหลว-ของแข็งที่กำหนด มุม θ เรียกว่า มุมสัมผัส - หากแรงปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของเหลวเกินแรงปฏิกิริยากับโมเลกุลของแข็ง มุมสัมผัส θ จะกลายเป็นมุมป้าน (รูปที่ 3.5.5) ในกรณีนี้เค้าบอกว่าเป็นของเหลว ไม่เปียกพื้นผิวของของแข็ง ที่ ทำให้เปียกอย่างสมบูรณ์θ = 0, ณ ไม่เปียกอย่างสมบูรณ์θ = 180°

ปรากฏการณ์ของเส้นเลือดฝอยเรียกว่าการขึ้นหรือลงของของเหลวในท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก - เส้นเลือดฝอย- ของเหลวที่เปียกจะลอยขึ้นผ่านเส้นเลือดฝอย ส่วนของเหลวที่ไม่เปียกจะไหลลงมา

ในรูป 3.5.6 แสดงท่อคาปิลลารีในรัศมีที่กำหนด รลดลงที่ปลายล่างเป็นของเหลวเปียกที่มีความหนาแน่น ρ ปลายด้านบนของเส้นเลือดฝอยเปิดอยู่ การเพิ่มขึ้นของของเหลวในเส้นเลือดฝอยจะดำเนินต่อไปจนกว่าแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อคอลัมน์ของของเหลวในเส้นเลือดฝอยจะมีขนาดเท่ากันกับผลลัพธ์ เอฟแรงตึงผิวที่กระทำตามแนวขอบเขตการสัมผัสของของเหลวกับพื้นผิวของเส้นเลือดฝอย: เอฟเสื้อ = เอฟที่ไหน เอฟเสื้อ = มก = ρ ชม.π ร 2 ก, เอฟ n = σ2π รเพราะ θ

เป็นไปตามนี้:

เมื่อทำให้ไม่เปียกโดยสมบูรณ์ θ = 180°, cos θ = –1 และด้วยเหตุนี้ ชม. < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

น้ำทำให้พื้นผิวกระจกที่สะอาดเปียกจนเกือบหมด ในทางตรงกันข้าม สารปรอทไม่ได้ทำให้พื้นผิวกระจกเปียกจนหมด ดังนั้นระดับปรอทในเส้นเลือดฝอยแก้วจึงลดลงต่ำกว่าระดับในภาชนะ

24) การกลายเป็นไอ: คำจำกัดความ, ประเภท (การระเหย, การเดือด), การคำนวณปริมาณความร้อนสำหรับการกลายเป็นไอและการควบแน่น, ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

การระเหยและการควบแน่น อธิบายปรากฏการณ์การระเหยตามแนวคิดเกี่ยวกับ โครงสร้างโมเลกุลสาร ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ หน่วยของมัน.

เรียกว่าปรากฏการณ์การเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอ การกลายเป็นไอ

การระเหย - กระบวนการกลายเป็นไอที่เกิดขึ้นจากพื้นผิวเปิด

โมเลกุลของของเหลวเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกัน หากโมเลกุลใดมาจบลงที่พื้นผิวของของเหลว ก็สามารถเอาชนะแรงดึงดูดของโมเลกุลข้างเคียงและลอยออกจากของเหลวได้ โมเลกุลที่ถูกพ่นออกมาจะเกิดไอน้ำ โมเลกุลที่เหลือของของเหลวจะเปลี่ยนความเร็วเมื่อชนกัน ในเวลาเดียวกัน โมเลกุลบางตัวมีความเร็วเพียงพอที่จะบินออกจากของเหลวได้ กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปเพื่อให้ของเหลวระเหยช้าๆ

*อัตราการระเหยขึ้นอยู่กับชนิดของของเหลว ของเหลวที่มีโมเลกุลถูกดึงดูดด้วยแรงน้อยกว่าจะระเหยเร็วขึ้น

*การระเหยสามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิใดก็ได้ แต่เมื่อไร อุณหภูมิสูงการระเหยจะเกิดขึ้นเร็วขึ้น .

*อัตราการระเหยขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิว

*เมื่อมีลม (การไหลของอากาศ) การระเหยจะเกิดขึ้นเร็วขึ้น

ในระหว่างการระเหยพลังงานภายในจะลดลงเนื่องจาก ในระหว่างการระเหย ของเหลวจะออกจากโมเลกุลที่เร็ว ดังนั้นความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลที่เหลือจึงลดลง ซึ่งหมายความว่าหากไม่มีพลังงานไหลเข้ามาจากภายนอก อุณหภูมิของของเหลวก็จะลดลง

ปรากฏการณ์ไอระเหยกลายเป็นของเหลว เรียกว่า การควบแน่น มันมาพร้อมกับการปลดปล่อยพลังงาน

การควบแน่นของไอน้ำอธิบายการก่อตัวของเมฆ ไอน้ำที่ลอยขึ้นมาเหนือพื้นดินก่อตัวเป็นเมฆในชั้นอากาศเย็นตอนบน ซึ่งประกอบด้วยหยดน้ำเล็กๆ

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ - ทางกายภาพ ค่าที่แสดงปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลวน้ำหนัก 1 กิโลกรัมให้เป็นไอน้ำโดยไม่เปลี่ยนอุณหภูมิ

อุดร ความร้อนของการกลายเป็นไอ แสดงด้วยตัวอักษร L และวัดเป็น J/kg

อุดร ความร้อนของการระเหยของน้ำ: L=2.3×10 6 J/kg, แอลกอฮอล์ L=0.9×10 6

ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอ: Q = Lm

ในบทนี้ เราจะได้เรียนรู้วิธีคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำความร้อนให้กับร่างกายหรือที่ร่างกายปล่อยออกมาเมื่อเย็นตัวลง โดยเราจะสรุปความรู้ที่ได้รับในบทเรียนก่อนหน้า

นอกจากนี้ เราจะเรียนรู้โดยใช้สูตรสำหรับปริมาณความร้อนเพื่อแสดงปริมาณที่เหลือจากสูตรนี้และคำนวณโดยรู้ปริมาณอื่น ๆ ตัวอย่างของปัญหาพร้อมวิธีแก้ปัญหาการคำนวณปริมาณความร้อนจะได้รับการพิจารณาด้วย

บทเรียนนี้ใช้สำหรับการคำนวณปริมาณความร้อนเมื่อร่างกายได้รับความร้อนหรือปล่อยออกมาเมื่อเย็นลง

ความสามารถในการคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องการเป็นสิ่งสำคัญมาก อาจจำเป็น เช่น เมื่อคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องให้น้ำเพื่อให้ความร้อนแก่ห้อง

ข้าว. 1. ปริมาณความร้อนที่ต้องให้น้ำเพื่อให้ความร้อนแก่ห้อง

หรือคำนวณปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ต่างๆ:

ข้าว. 2. ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ในเครื่องยนต์

ตัวอย่างเช่น ความรู้นี้ยังจำเป็นต้องมีเพื่อกำหนดปริมาณความร้อนที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาและตกลงมายังโลก:

ข้าว. 3. ปริมาณความร้อนที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาและตกลงมายังโลก

ในการคำนวณปริมาณความร้อน คุณต้องรู้สามสิ่ง (รูปที่ 4):

น้ำหนักตัว (ซึ่งโดยปกติสามารถวัดได้โดยใช้มาตราส่วน)
ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ร่างกายต้องได้รับความร้อนหรือเย็น (โดยปกติจะวัดโดยใช้เทอร์โมมิเตอร์)
ความจุความร้อนจำเพาะของร่างกาย (ซึ่งสามารถกำหนดได้จากตาราง)

ข้าว. 4. สิ่งที่คุณต้องรู้เพื่อพิจารณา

สูตรคำนวณปริมาณความร้อนมีลักษณะดังนี้:

ปริมาณต่อไปนี้ปรากฏในสูตรนี้:

ปริมาณความร้อนที่วัดได้เป็นจูล (J);

ความจุความร้อนจำเพาะของสารวัดเป็น ;

- ความแตกต่างของอุณหภูมิวัดเป็นองศาเซลเซียส ()

ลองพิจารณาปัญหาในการคำนวณปริมาณความร้อน

งาน

แก้วทองแดงที่มีมวลเป็นกรัมประกอบด้วยน้ำซึ่งมีปริมาตรเป็นลิตรที่อุณหภูมิ ต้องถ่ายเทความร้อนไปยังแก้วน้ำเท่าใดจึงจะมีอุณหภูมิเท่ากับ ?

ข้าว. 5. ภาพประกอบสภาพปัญหา

ก่อนอื่นเราเขียนเงื่อนไขสั้น ๆ ( ที่ให้ไว้) และแปลงปริมาณทั้งหมดเป็นระบบสากล (SI)

*ที่ให้ไว้:*	*เอสไอ*

*หา:*

สารละลาย:

ขั้นแรก พิจารณาว่าเราต้องมีปริมาณอื่นอีกเท่าใดในการแก้ปัญหานี้ เมื่อใช้ตารางความจุความร้อนจำเพาะ (ตารางที่ 1) เราจะพบ (ความจุความร้อนจำเพาะของทองแดง เนื่องจากโดยเงื่อนไขแก้วคือทองแดง) (ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ เนื่องจากโดยเงื่อนไขจะมีน้ำอยู่ในแก้ว) นอกจากนี้ เรารู้ว่าในการคำนวณปริมาณความร้อน เราต้องใช้มวลน้ำ ตามเงื่อนไขเราจะได้เฉพาะปริมาตรเท่านั้น ดังนั้นจากตารางเราจึงหาความหนาแน่นของน้ำ: (ตารางที่ 2)

โต๊ะ 1. ความจุความร้อนจำเพาะของสารบางชนิด

โต๊ะ 2. ความหนาแน่นของของเหลวบางชนิด

ตอนนี้เรามีทุกสิ่งที่จำเป็นในการแก้ปัญหานี้แล้ว

โปรดทราบว่าปริมาณความร้อนสุดท้ายจะประกอบด้วยผลรวมของปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำความร้อนกระจกทองแดงและปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำความร้อนน้ำในกระจก:

ก่อนอื่นมาคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำความร้อนแก้วทองแดง:

ก่อนที่จะคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำความร้อนน้ำ ให้คำนวณมวลของน้ำโดยใช้สูตรที่เราคุ้นเคยตั้งแต่เกรด 7:

ตอนนี้เราสามารถคำนวณได้:

จากนั้นเราสามารถคำนวณ:

มาจำกันว่ากิโลจูลหมายถึงอะไร คำนำหน้า "กิโล" แปลว่า .

คำตอบ:.

เพื่อความสะดวกในการแก้ปัญหาการค้นหาปริมาณความร้อน (ที่เรียกว่าปัญหาโดยตรง) และปริมาณที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดนี้ คุณสามารถใช้ตารางต่อไปนี้

ปริมาณที่ต้องการ	การกำหนด	หน่วยวัด	สูตรพื้นฐาน	สูตรสำหรับปริมาณ
ปริมาณความร้อน