Топлинен капацитете количеството топлина, поемано от тялото при нагряване с 1 градус.
Топлинният капацитет на тялото се обозначава с главна латинска буква С.
Какво определя топлинния капацитет на тялото? На първо място, от неговата маса. Ясно е, че за нагряване, например, на 1 килограм вода ще е необходима повече топлина, отколкото за нагряване на 200 грама.
Какво ще кажете за вида на веществото? Да направим експеримент. Нека вземем два еднакви съда и, като изсипем вода с тегло 400 g в единия от тях и растително масло с тегло 400 g в другия, ще започнем да ги нагряваме с помощта на еднакви горелки. Като наблюдаваме показанията на термометрите, ще видим, че маслото се нагрява бързо. За да загреете водата и маслото до една и съща температура, водата трябва да се нагрява по-дълго. Но колкото по-дълго загряваме водата, толкова повече топлина получава от горелката.
По този начин, за да се нагрее една и съща маса от различни вещества до една и съща температура, са необходими различни количества топлина. Количеството топлина, необходимо за загряване на тялото, и следователно неговият топлинен капацитет зависят от вида на веществото, от което се състои това тяло.
Така например, за да се увеличи температурата на водата с маса 1 kg с 1 ° C, е необходимо количество топлина, равно на 4200 J, а за нагряване на същата маса слънчогледово масло с 1 ° C, количество от необходима е топлина, равна на 1700 J.
Физическата величина, показваща колко топлина е необходима за нагряване на 1 kg вещество с 1 ºС, се нарича специфична топлинатова вещество.
Всяко вещество има свой собствен специфичен топлинен капацитет, който се обозначава с латинската буква c и се измерва в джаули на килограм-градус (J / (kg ° C)).
Специфичният топлинен капацитет на едно и също вещество в различни агрегатни състояния (твърдо, течно и газообразно) е различен. Например, специфичният топлинен капацитет на водата е 4200 J/(kg ºС), а специфичният топлинен капацитет на леда е 2100 J/(kg ºС); алуминият в твърдо състояние има специфичен топлинен капацитет от 920 J / (kg - °C), а в течно състояние - 1080 J / (kg - °C).
Имайте предвид, че водата има много висок специфичен топлинен капацитет. Следователно водата в моретата и океаните, нагрявайки се през лятото, поглъща голямо количество топлина от въздуха. Поради това на тези места, които се намират в близост до големи водни басейни, лятото не е толкова горещо, колкото на места, далеч от водата.
Изчисляване на количеството топлина, необходимо за загряване на тялото или отделено от него по време на охлаждане.
От казаното по-горе става ясно, че количеството топлина, необходимо за загряване на тялото, зависи от вида на веществото, от което се състои тялото (т.е. неговия специфичен топлинен капацитет) и от масата на тялото. Ясно е също, че количеството топлина зависи от това с колко градуса ще повишим температурата на тялото.
Така че, за да определите количеството топлина, необходимо за загряване на тялото или освободено от него по време на охлаждане, трябва да умножите специфичната топлина на тялото по неговата маса и по разликата между крайната и началната му температура:
В= см (t 2 -t 1),
където В- количество топлина, ° С- специфичен топлинен капацитет, м- телесна маса, t1- начална температура, t2- крайна температура.
Когато тялото се нагрява t2> t1и следователно В >0 . Когато тялото се охлади t 2 и< t1и следователно В< 0 .
Ако е известен топлинният капацитет на цялото тяло С, Все определя по формулата: Q \u003d C (t 2 - t1).
22) Топене: дефиниция, изчисляване на количеството топлина за топене или втвърдяване, специфична топлина на топене, графика на t 0 (Q).
Термодинамика
Клон на молекулярната физика, който изучава преноса на енергия, моделите на трансформация на едни видове енергия в други. За разлика от молекулярно-кинетичната теория, термодинамиката не отчита вътрешната структура на веществата и микропараметрите.
Термодинамична система
Това е съвкупност от тела, които обменят енергия (под формата на работа или топлина) помежду си или с околната среда. Например водата в чайника се охлажда, осъществява се обмен на топлина на водата с чайника и на чайника с околната среда. Цилиндър с газ под буталото: буталото извършва работа, в резултат на което газът получава енергия и неговите макро параметри се променят.
Количество топлина
Това енергия, което се получава или дава от системата в процеса на топлообмен. Обозначава се със символа Q, измерено, както всяка енергия, в джаули.
В резултат на различни процеси на пренос на топлина, енергията, която се пренася, се определя по свой собствен начин.
Отопление и охлаждане
Този процес се характеризира с промяна в температурата на системата. Количеството топлина се определя по формулата
Специфичният топлинен капацитет на вещество сизмерва се чрез количеството топлина, необходимо за нагряване масови единициот това вещество с 1K. Затоплянето на 1 кг стъкло или 1 кг вода изисква различно количество енергия. Специфичният топлинен капацитет е известна стойност, вече изчислена за всички вещества, вижте стойността във физическите таблици.
Топлинен капацитет на вещество C- това е количеството топлина, което е необходимо за загряване на тялото, без да се отчита неговата маса с 1K.
Топене и кристализация
Топенето е преминаването на вещество от твърдо в течно състояние. Обратният преход се нарича кристализация.
Енергията, изразходвана за разрушаването на кристалната решетка на веществото, се определя от формулата
Специфичната топлина на топене е известна стойност за всяко вещество, вижте стойността във физическите таблици.
Изпаряване (изпаряване или кипене) и кондензация
Изпаряването е преход на вещество от течно (твърдо) състояние в газообразно състояние. Обратният процес се нарича кондензация.
Специфичната топлина на изпаряване е известна стойност за всяко вещество, вижте стойността във физическите таблици.
Изгаряне
Количеството топлина, отделяно при изгаряне на вещество
Специфичната топлина на горене е известна стойност за всяко вещество, вижте стойността във физическите таблици.
За затворена и адиабатично изолирана система от тела уравнението на топлинния баланс е изпълнено. Алгебричният сбор от количествата топлина, дадени и получени от всички тела, участващи в топлообмена, е равна на нула:
Q 1 +Q 2 +...+Q n =0
23) Структурата на течностите. повърхностен слой. Сила на повърхностно напрежение: примери за проявление, изчисление, коефициент на повърхностно напрежение.
От време на време всяка молекула може да се премести в съседно свободно място. Такива скокове в течности се случват доста често; следователно, молекулите не са свързани с определени центрове, както в кристалите, и могат да се движат в целия обем на течността. Това обяснява течливостта на течностите. Поради силното взаимодействие между близко разположени молекули, те могат да образуват локални (нестабилни) подредени групи, съдържащи няколко молекули. Това явление се нарича поръчка на къси разстояния(фиг. 3.5.1).
Коефициентът β се нарича температурен коефициент на обемно разширение . Този коефициент за течности е десет пъти по-голям, отколкото за твърди вещества. За вода, например, при температура 20 ° C, β in ≈ 2 10 - 4 K - 1, за стомана β st ≈ 3,6 10 - 5 K - 1, за кварцово стъкло β kv ≈ 9 10 - 6 K - един .
Топлинното разширение на водата има интересна и важна аномалия за живота на Земята. При температури под 4 °C водата се разширява с понижаване на температурата (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Когато водата замръзне, тя се разширява, така че ледът остава да плува на повърхността на замръзващото водно тяло. Температурата на замръзваща вода под лед е 0°C. При по-плътни слоеве вода близо до дъното на резервоара температурата е около 4 °C. Благодарение на това във водата на замръзващи резервоари може да съществува живот.
Най-интересната характеристика на течностите е наличието свободна повърхност . Течността, за разлика от газовете, не запълва целия обем на съда, в който се излива. Между течността и газа (или пара) се образува граница, която е в специални условия спрямо останалата течна маса.Трябва да се има предвид, че поради изключително ниската свиваемост, наличието на по-плътна натъпканият повърхностен слой не води до някаква забележима промяна в обема на течността. Ако молекулата се движи от повърхността в течността, силите на междумолекулното взаимодействие ще свършат положителна работа. Напротив, за да изтеглят определен брой молекули от дълбочината на течността към повърхността (т.е. да увеличат повърхността на течността), външните сили трябва да извършат положителна работа Δ Авъншна, пропорционална на промяната Δ Сплощ:
От механиката е известно, че равновесните състояния на една система съответстват на минималната стойност на нейната потенциална енергия. От това следва, че свободната повърхност на течността има тенденция да намалява площта си. Поради тази причина свободната капка течност придобива сферична форма. Течността се държи така, сякаш силите действат тангенциално към нейната повърхност, намалявайки (свивайки) тази повърхност. Тези сили се наричат сили на повърхностно напрежение .
Наличието на сили на повърхностно напрежение прави повърхността на течността да изглежда като еластичен разтегнат филм, с единствената разлика, че еластичните сили във филма зависят от неговата повърхностна площ (т.е. от това как филмът се деформира) и силите на повърхностно напрежение не зависивърху повърхността на течността.
Някои течности, като сапунената вода, имат способността да образуват тънки филми. Всички добре познати сапунени мехурчета имат правилната сферична форма - това също проявява действието на силите на повърхностно напрежение. Ако в сапунения разтвор се спусне телена рамка, едната от страните на която е подвижна, тогава цялата тя ще бъде покрита с филм от течност (фиг. 3.5.3).
Силите на повърхностно напрежение са склонни да скъсяват повърхността на филма. За да се балансира подвижната страна на рамката, към нея трябва да се приложи външна сила.Ако под действието на силата напречната греда се движи с Δ х, тогава работата Δ Авътр = Фвътр Δ х = Δ еп = σΔ С, където ∆ С = 2ЛΔ хе увеличението на повърхността от двете страни на сапунения филм. Тъй като модулите на силите и са еднакви, можем да запишем:
|
По този начин коефициентът на повърхностно напрежение σ може да се определи като модул на силата на повърхностно напрежение, действаща на единица дължина на линията, ограничаваща повърхността.
Поради действието на силите на повърхностно напрежение в течни капки и вътре в сапунени мехурчета, свръхналягане Δ стр. Ако мислено отрежем сферична капка с радиус Рна две половини, то всяка от тях трябва да бъде в равновесие под действието на силите на повърхностно напрежение, приложени към границата на разрез с дължина 2π Ри сили на свръхналягане, действащи върху площта π Р 2 секции (фиг. 3.5.4). Условието на равновесие се записва като
Ако тези сили са по-големи от силите на взаимодействие между молекулите на самата течност, тогава течността мокриповърхността на твърдо тяло. В този случай течността се приближава към повърхността на твърдото тяло под някакъв остър ъгъл θ, който е характерен за дадената двойка течност-твърдо тяло. Ъгълът θ се нарича контактен ъгъл . Ако силите на взаимодействие между течните молекули надвишават силите на тяхното взаимодействие с твърдите молекули, то контактният ъгъл θ се оказва тъп (фиг. 3.5.5). В този случай се казва, че течността не мокриповърхността на твърдо тяло. В пълно намокрянеθ = 0, при пълно ненамокрянеθ = 180°.
капилярни явлениянаречено издигане или спадане на течност в тръби с малък диаметър - капиляри. Омокрящите течности се издигат през капилярите, немокрите течности се спускат надолу.
На фиг. 3.5.6 показва капилярна тръба с определен радиус rспуснат от долния край в омокряща течност с плътност ρ. Горният край на капиляра е отворен. Покачването на течността в капиляра продължава, докато силата на гравитацията, действаща върху течния стълб в капиляра, стане равна по абсолютна стойност на получената Ф n сили на повърхностно напрежение, действащи по границата на контакт на течността с повърхността на капиляра: Ф t = Ф n, къде Ф t = mg = ρ зπ r 2 ж, Ф n = σ2π r cos θ.
Това предполага:
При пълно ненамокряне, θ = 180°, cos θ = –1 и следователно, з < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Водата почти напълно навлажнява чистата стъклена повърхност. Обратно, живакът не навлажнява напълно стъклената повърхност. Следователно нивото на живак в стъклената капиляра пада под нивото в съда.
24) Изпаряване: определение, видове (изпаряване, кипене), изчисляване на количеството топлина за изпаряване и кондензация, специфична топлина на изпаряване.
Изпаряване и кондензация. Обяснение на явлението изпарение въз основа на идеите за молекулярната структура на материята. Специфична топлина на изпаряване. Нейните единици.
Явлението, че течността се превръща в пара се нарича изпаряване.
Изпаряване - процесът на изпаряване, протичащ от открита повърхност.
Течните молекули се движат с различна скорост. Ако някоя молекула е на повърхността на течността, тя може да преодолее привличането на съседни молекули и да излети от течността. Излизащите молекули образуват пара. Скоростите на останалите течни молекули се променят при сблъсък. В този случай някои молекули придобиват скорост, достатъчна да излитат от течността. Този процес продължава, така че течностите се изпаряват бавно.
* Скоростта на изпаряване зависи от вида на течността. Тези течности се изпаряват по-бързо, при което молекулите се привличат с по-малко сила.
*Изпаряването може да настъпи при всяка температура. Но при по-високи температури изпаряването е по-бързо .
* Скоростта на изпарение зависи от неговата повърхност.
*При вятър (въздушен поток) изпаряването става по-бързо.
При изпаряване вътрешната енергия намалява, т.к. по време на изпаряване бързите молекули напускат течността, следователно средната скорост на останалите молекули намалява. Това означава, че ако няма приток на енергия отвън, тогава температурата на течността намалява.
Явлението на превръщането на парата в течност се нарича кондензация.
То е придружено от освобождаване на енергия.
Кондензацията на пари обяснява образуването на облаци. Водната пара, издигаща се над земята, образува облаци в горните студени слоеве на въздуха, които се състоят от малки капки вода.
Специфична топлина на изпаряване - физически. количество, което показва колко топлина е необходима, за да се превърне течност с маса 1 kg в пара, без да се променя температурата.
Oud. топлина на изпаряване обозначава се с буквата L и се измерва в J/kg
Oud. топлина на изпаряване на водата: L=2,3×10 6 J/kg, алкохол L=0,9×10 6
Количеството топлина, необходимо за превръщане на течност в пара: Q = Lm
Наред с механичната енергия, всяко тяло (или система) има вътрешна енергия. Вътрешната енергия е енергията на почивка. Състои се от термичното хаотично движение на молекулите, изграждащи тялото, потенциалната енергия на тяхното взаимно положение, кинетичната и потенциалната енергия на електроните в атомите, нуклоните в ядрата и т.н.
В термодинамиката е важно да се знае не абсолютната стойност на вътрешната енергия, а нейната промяна.
При термодинамичните процеси се променя само кинетичната енергия на движещите се молекули (топлинната енергия не е достатъчна, за да промени структурата на атома и още повече на ядрото). Следователно, всъщност под вътрешна енергияв термодинамиката означава енергия термичен хаотиченмолекулярни движения.
Вътрешна енергия Уедин мол идеален газ е равен на:
По този начин, вътрешната енергия зависи само от температурата. Вътрешната енергия U е функция от състоянието на системата, независимо от произхода.
Ясно е, че в общия случай една термодинамична система може да има както вътрешна, така и механична енергия и различни системи могат да обменят тези видове енергия.
Обмен механична енергияхарактеризиращ се с перфектен работа А,и обмен на вътрешна енергия - количеството пренесена топлина Q.
Например, през зимата сте хвърлили горещ камък в снега. Поради резерва от потенциална енергия се извършваше механична работа за смачкване на снега, а поради резерва от вътрешна енергия снегът се стопи. Ако камъкът е бил студен, т.е. температурата на камъка е равна на температурата на околната среда, тогава ще се извършва само работа, но няма да има обмен на вътрешна енергия.
Така че работата и топлината не са специални форми на енергия. Не може да се говори за запас от топлина или работа. Това прехвърлена мяркадруга система от механична или вътрешна енергия. Можем да говорим за резерва на тези енергии. Освен това механичната енергия може да се преобразува в топлинна и обратно. Например, ако ударите наковалня с чук, тогава след известно време чукът и наковалнята ще се нагреят (това е пример разсейванеенергия).
Има още много примери за преобразуване на една форма на енергия в друга.
Опитът показва, че във всички случаи, преобразуването на механичната енергия в топлинна и обратно винаги се извършва в строго еквивалентни количества.Това е същността на първия закон на термодинамиката, който следва от закона за запазване на енергията.
Количеството топлина, предадено на тялото, се използва за увеличаване на вътрешната енергия и за извършване на работа върху тялото:
| , | (4.1.1) |
- Ето какво е първи закон на термодинамиката , или закон за запазване на енергията в термодинамиката.
Правило за подпис:ако топлината се предава от околната среда тази система,и ако системата извършва работа върху околните тела, докато . Като се има предвид правилото на знака, първият закон на термодинамиката може да бъде записан като:
В този израз Уе функцията на състоянието на системата; д Уе неговият тотален диференциал, а δ Ви δ Ате не са. Във всяко състояние системата има определена и само такава стойност на вътрешната енергия, така че можем да запишем:
 ,
|
Важно е да се отбележи, че топлината Ви работа Азависи от това как се извършва преходът от състояние 1 към състояние 2 (изохорно, адиабатно и т.н.) и вътрешната енергия Уне зависи. В същото време не може да се каже, че системата има стойност на топлина и работа, определени за дадено състояние.
От формула (4.1.2) следва, че количеството топлина се изразява в същите единици като работата и енергията, т.е. в джаули (J).
От особено значение в термодинамиката са кръговите или цикличните процеси, при които системата след преминаване през серия от състояния се връща в първоначалното си състояние. Фигура 4.1 показва цикличен процес 1– а–2–б–1, докато работата А беше извършена.
Ориз. 4.1
Защото Утогава е държавната функция
| (4.1.3) |
Това важи за всяка държавна функция.
Ако тогава според първия закон на термодинамиката, т.е. невъзможно е да се изгради периодично работещ двигател, който да върши повече работа от количеството енергия, предадено му отвън. С други думи, вечен двигател от първия вид е невъзможен. Това е една от формулировките на първия закон на термодинамиката.
Трябва да се отбележи, че първият закон на термодинамиката не показва в каква посока вървят процесите на промяна на състоянието, което е един от неговите недостатъци.
Вътрешната енергия на тялото зависи от неговата температура и външни условия - обем и пр. Ако външните условия останат непроменени, тоест обемът и другите параметри са постоянни, то вътрешната енергия на тялото зависи само от неговата температура.
Възможно е да се промени вътрешната енергия на тялото не само чрез нагряване в пламък или чрез извършване на механична работа върху него (без промяна на положението на тялото, например работата на силата на триене), но и чрез привеждане на то в контакт с друго тяло, което има температура, различна от температурата на това тяло, т.е. чрез пренос на топлина.
Количеството вътрешна енергия, което тялото получава или губи в процеса на пренос на топлина, се нарича „количество топлина“. Количеството топлина обикновено се обозначава с буквата "Q". Ако вътрешната енергия на тялото в процеса на пренос на топлина се увеличи, тогава на топлината се приписва знак плюс и се казва, че тялото е получило топлина `Q`. С намаляване на вътрешната енергия в процеса на пренос на топлина, топлината се счита за отрицателна и се казва, че количеството топлина „Q“ е взето (или отстранено) от тялото.
Количеството топлина може да се измери в същите единици, в които се измерва механичната енергия. В SI това е `1` джаул. Има и друга единица за измерване на топлината - калории. калориие количеството топлина, необходимо за загряване на `1` g вода с `1^@ bb"C"`. Съотношението между тези единици е установено от джаул: `1` кал `= 4.18` J. Това означава, че поради работа в `4.18` kJ, температурата на `1` килограм вода ще се повиши с `1` градус.
Количеството топлина, необходимо за загряване на тялото с `1^@ bb"C"` се нарича топлинен капацитет на тялото. Топлинният капацитет на тялото се обозначава с буквата "С". Ако тялото получи малко количество топлина „Delta Q“ и телесната температура се промени с „Delta t“ градуса, тогава
| `Q=C*Deltat=C*(t_2 - t_1)=c*m*(t_2 - t_1)`. | (1.3) |
Ако тялото е заобиколено от обвивка, която лошо провежда топлината, тогава температурата на тялото, ако бъде оставена сама, ще остане практически постоянна за дълго време. Такива идеални черупки, разбира се, не съществуват в природата, но могат да бъдат създадени черупки, които се доближават до тях по своите свойства.
Примери са кожата на космическите кораби, съдовете на Дюар, използвани във физиката и технологиите. Съдът на Дюар е стъклен или метален съд с двойни огледални стени, между които се създава висок вакуум. Стъклената колба на домашен термос също е съд на Дюар.
Обвивката е изолираща калориметър- устройство, което измерва количеството топлина. Калориметърът е голямо тънкостенно стъкло, поставено върху парчета корк вътре в друго голямо стъкло, така че между стените да остане слой въздух, и затворено отгоре с термоустойчив капак.
Ако две или повече тела с различни температури бъдат доведени в термичен контакт в калориметъра и изчакат, тогава след известно време вътре в калориметъра ще се установи топлинно равновесие. В процеса на преход към топлинно равновесие някои тела ще отделят топлина (общото количество топлина `Q_(sf"otd")`), други ще получат топлина (общото количество топлина `Q_(sf"floor") `). И тъй като калориметърът и съдържащите се в него тела не обменят топлина с околното пространство, а само помежду си, можем да запишем съотношението, наречено още уравнение на топлинния баланс:
При редица топлинни процеси топлината може да се абсорбира или отделя от тялото, без да се променя температурата му. Такива термични процеси протичат при промяна на агрегатното състояние на веществото – топене, кристализация, изпаряване, кондензация и кипене. Нека се спрем накратко върху основните характеристики на тези процеси.
Топене- процесът на превръщане на кристално твърдо вещество в течност. Процесът на топене протича при постоянна температура, докато топлината се абсорбира.
Специфичната топлина на синтез "ламбда" е равна на количеството топлина, необходимо за стопяване на "1" kg кристално вещество, взето при точката на топене. Количеството топлина `Q_(sf"pl")`, което е необходимо за прехвърляне на твърдо тяло с маса `m` при точка на топене в течно състояние, е равно на
Тъй като температурата на топене остава постоянна, количеството топлина, предадено на тялото, отива за увеличаване на потенциалната енергия на молекулярното взаимодействие и кристалната решетка се разрушава.
процес кристализацияе обратният процес на топене. При кристализация течността се превръща в твърдо тяло и се отделя количеството топлина, което също се определя по формула (1.5).
Изпаряванее процесът на превръщане на течност в пара. Изпаряването става от отворената повърхност на течността. В процеса на изпарение най-бързите молекули напускат течността, тоест молекули, които могат да преодолеят силите на привличане от молекулите на течността. В резултат на това, ако течността е топлоизолирана, тогава в процеса на изпаряване тя се охлажда.
Специфичната топлина на изпаряване "L" е равна на количеството топлина, необходимо за превръщането на "1" kg течност в пара. Количеството топлина `Q_(sf"isp")`, което е необходимо за преобразуване на течност с маса `m` в състояние на пара е равно на
| `Q_(sf"sp") =L*m`. | (1.6) |
Кондензацияе процес, който е обратен на изпарението. Когато се кондензира, парата се превръща в течност. Това отделя топлина. Количеството топлина, отделяно при кондензацията на пара, се определя по формула (1.6).
Кипене- процес, при който налягането на наситените пари на течността е равно на атмосферното налягане, следователно, изпарението се извършва не само от повърхността, но и в целия обем (в течността винаги има въздушни мехурчета, при кипене налягането на парите в тях достига атмосферно налягане и мехурчетата се издигат нагоре).
Можете да промените вътрешната енергия на газа в цилиндъра не само чрез извършване на работа, но и чрез нагряване на газа (фиг. 43). Ако буталото е фиксирано, тогава обемът на газа няма да се промени, но температурата, а оттам и вътрешната енергия, ще се увеличат.
Процесът на пренос на енергия от едно тяло на друго без извършване на работа се нарича топлопренос или топлопренос.
Енергията, предадена на тялото в резултат на пренос на топлина, се нарича количество топлина. Количеството топлина се нарича още енергията, която тялото отделя в процеса на пренос на топлина.
Молекулярна картина на пренос на топлина.При топлообмен на границата между телата бавно движещите се молекули на студено тяло взаимодействат с по-бързо движещите се молекули на горещото тяло. В резултат на това кинетичните енергии
молекулите се подравняват и скоростите на молекулите на студено тяло се увеличават, а тези на горещо намаляват.
При топлообмен няма преобразуване на енергия от една форма в друга: част от вътрешната енергия на горещо тяло се прехвърля към студено тяло.
Количеството топлина и топлинния капацитет.От курса по физика в VII клас е известно, че за да загреете тяло с маса от температура до температура, е необходимо да го информирате за количеството топлина
Когато тялото се охлади, крайната му температура е по-ниска от първоначалната и количеството топлина, отделено от тялото, е отрицателно.
Коефициентът c във формула (4.5) се нарича специфичен топлинен капацитет. Специфичният топлинен капацитет е количеството топлина, което 1 kg вещество получава или отделя, когато температурата му се промени с 1 K -
Специфичният топлинен капацитет се изразява в джаули на килограм по келвин. Различните тела изискват неравномерно количество енергия, за да повишат температурата с I K. Така специфичният топлинен капацитет на водата и медта
Специфичният топлинен капацитет зависи не само от свойствата на веществото, но и от процеса, чрез който се осъществява пренос на топлина.Ако нагрявате газ при постоянно налягане, той ще се разшири и ще свърши работа. За да загрее газ с 1 °C при постоянно налягане, той ще трябва да предаде повече топлина, отколкото да го загрее при постоянен обем.
Течностите и твърдите вещества се разширяват леко при нагряване и техните специфични топлинни мощности при постоянен обем и постоянно налягане се различават малко.
Специфична топлина на изпаряване. За да се превърне течността в пара, трябва да й се предаде определено количество топлина. Температурата на течността не се променя по време на тази трансформация. Превръщането на течност в пара при постоянна температура не води до увеличаване на кинетичната енергия на молекулите, а е придружено от увеличаване на потенциалната им енергия. В крайна сметка средното разстояние между молекулите на газа е много пъти по-голямо, отколкото между молекулите на течността. Освен това увеличаването на обема по време на прехода на веществото от течно в газообразно състояние изисква работа срещу силите на външното налягане.
Нарича се количеството топлина, необходимо за превръщането на 1 kg течност в пара при постоянна температура
специфична топлина на изпаряване. Тази стойност се обозначава с буква и се изразява в джаули на килограм.
Специфичната топлина на изпаряване на водата е много висока: при температура от 100°C. За други течности (алкохол, етер, живак, керосин и др.) специфичната топлина на изпаряване е 3-10 пъти по-малка.
За превръщане на течна маса в пара е необходимо количество топлина, равно на:
Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина:
Специфична топлина на топене.Когато едно кристално тяло се стопи, цялата подадена към него топлина отива за увеличаване на потенциалната енергия на молекулите. Кинетичната енергия на молекулите не се променя, тъй като топенето става при постоянна температура.
Количеството топлина А, необходимо за превръщане на 1 kg кристално вещество при точка на топене в течност със същата температура, се нарича специфична топлина на топене.
При кристализацията на 1 kg вещество се отделя точно същото количество топлина. Специфичната топлина на топене на леда е доста висока:
За да се стопи кристално тяло с маса, е необходимо количество топлина, равно на:
Количеството топлина, отделяно по време на кристализацията на тялото, е равно на:
1. Как се нарича количество топлина? 2. Какво определя специфичния топлинен капацитет на веществата? 3. Какво се нарича специфична топлина на изпаряване? 4. Какво се нарича специфична топлина на топене? 5. В какви случаи количеството на предадената топлина е отрицателно?
Какво се загрява по-бързо на печката - чайник или кофа с вода? Отговорът е очевиден - чайник. Тогава вторият въпрос е защо?
Отговорът е не по-малко очевиден - защото масата на водата в чайника е по-малка. Глоба. И сега можете да направите най-истинското физическо преживяване сами у дома. За да направите това, ще ви трябват две еднакви малки тенджери, еднакво количество вода и растително масло, например по половин литър и котлон. Поставете тенджери с олио и вода на същия огън. А сега просто гледайте какво ще се нагрее по-бързо. Ако има термометър за течности, можете да го използвате, ако не, можете просто да пробвате температурата от време на време с пръст, само внимавайте да не се изгорите. Във всеки случай скоро ще видите, че маслото се нагрява значително по-бързо от водата. И още един въпрос, който също може да бъде приложен под формата на опит. Кое кипи по-бързо - топла вода или студена? Отново всичко си личи – топлият ще свърши първи. Защо всички тези странни въпроси и експерименти? За да се определи физическото количество, наречено "количеството топлина".
Количество топлина
Количеството топлина е енергията, която тялото губи или печели по време на пренос на топлина. Това става ясно от името. При охлаждане тялото ще загуби известно количество топлина, а при нагряване ще поеме. И отговорите на нашите въпроси ни показаха от какво зависи количеството топлина?Първо, колкото по-голяма е масата на тялото, толкова по-голямо е количеството топлина, което трябва да се изразходва, за да се промени температурата му с един градус. Второ, количеството топлина, необходимо за загряване на тялото, зависи от веществото, от което е съставено, тоест от вида на веществото. И трето, разликата в телесната температура преди и след преноса на топлина също е важна за нашите изчисления. Въз основа на гореизложеното можем определете количеството топлина по формулата:
Q=cm(t_2-t_1) ,
където Q е количеството топлина,
m - телесно тегло,
(t_2-t_1) - разликата между началната и крайната телесна температура,
c - специфичен топлинен капацитет на веществото, се намира от съответните таблици.
Използвайки тази формула, можете да изчислите количеството топлина, което е необходимо за загряване на всяко тяло или което това тяло ще отдели, когато се охлади.
Количеството топлина се измерва в джаули (1 J), като всяка друга форма на енергия. Тази стойност обаче беше въведена не толкова отдавна и хората започнаха да измерват количеството топлина много по-рано. И те използваха единица, която се използва широко в наше време - калория (1 cal). 1 калория е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам вода с 1 градус по Целзий. Водени от тези данни, любителите на броенето на калории в храната, която ядат, могат за интерес да изчислят колко литра вода могат да се сварят с енергията, която консумират с храната през деня.