Ջերմության քանակի բանաձևը, երբ մարմինը սառչում է. Ինչպես հաշվարկել ջերմության քանակը, ջերմային ազդեցությունը և առաջացման ջերմությունը

ՋԵՐՄԱՓՈԽԱՆԱԿՈՒՄ.

1.Ջերմային փոխանցում:

Ջերմափոխանակություն կամ ջերմության փոխանցումառանց աշխատանք կատարելու մարմնի ներքին էներգիան մյուսին փոխանցելու գործընթացն է։

Ջերմության փոխանցման երեք տեսակ կա.

1) Ջերմային ջերմահաղորդությունանմիջական շփման մեջ գտնվող մարմինների ջերմափոխանակությունն է:

2) Կոնվեկցիաջերմության փոխանցում է, որի ժամանակ ջերմությունը փոխանցվում է գազի կամ հեղուկի հոսքերի միջոցով:

3) Ճառագայթումջերմության փոխանցումն է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման միջոցով։

2. Ջերմության քանակությունը.

Ջերմության քանակը ջերմափոխանակության ընթացքում մարմնի ներքին էներգիայի փոփոխության չափումն է։ Նշվում է տառով Ք.

Ջերմության քանակի չափման միավորը = 1 Ջ.

Ջերմափոխանակման արդյունքում մարմնի կողմից մեկ այլ մարմնից ստացված ջերմության քանակը կարող է ծախսվել ջերմաստիճանի բարձրացման (մոլեկուլների կինետիկ էներգիայի ավելացման) կամ ագրեգացման վիճակի փոփոխության վրա (ավելացում). պոտենցիալ էներգիա).

3. Նյութի տեսակարար ջերմունակությունը.

Փորձը ցույց է տալիս, որ ջերմության քանակությունը, որն անհրաժեշտ է m զանգվածով մարմինը T 1 ջերմաստիճանից մինչև T 2 ջերմաստիճան տաքացնելու համար, համաչափ է մարմնի m զանգվածին և ջերմաստիճանի տարբերությանը (T 2 - T 1), այսինքն.

Ք = սմ(Տ 2 - Տ 1 ) = հետմΔ Տ,

հետկոչվում է տաքացած մարմնի նյութի տեսակարար ջերմունակություն։

Հատուկ ջերմություննյութը հավասար է ջերմության այն քանակին, որը պետք է հաղորդվի 1 կգ նյութին՝ այն 1 Կ-ով տաքացնելու համար։

Հատուկ ջերմային հզորության միավոր =.

Տարբեր նյութերի ջերմային հզորությունների արժեքները կարելի է գտնել ֆիզիկական աղյուսակներում:

Ճիշտ նույն քանակությամբ ջերմություն Q կթողարկվի, երբ մարմինը սառեցվի ΔT-ով:

4.Հատուկ ջերմությունգոլորշիացում.

Փորձը ցույց է տալիս, որ հեղուկը գոլորշու վերածելու համար պահանջվող ջերմության քանակը համաչափ է հեղուկի զանգվածին, այսինքն.

Ք = ես,

որտեղ է համաչափության գործակիցը Լկոչվում է գոլորշիացման հատուկ ջերմություն:

Գոլորշացման հատուկ ջերմությունը հավասար է ջերմության այն քանակին, որն անհրաժեշտ է եռման կետում 1 կգ հեղուկը գոլորշու վերածելու համար։

Գոլորշացման հատուկ ջերմության չափման միավոր:

Հակառակ գործընթացում գոլորշու խտացումից, ջերմությունը թողարկվում է նույն քանակությամբ, որը ծախսվել է գոլորշիացման վրա:

5. Միաձուլման հատուկ ջերմություն:

Փորձը ցույց է տալիս, որ պինդ նյութը հեղուկի վերածելու համար պահանջվող ջերմության քանակը համաչափ է մարմնի զանգվածին, այսինքն.

Ք = λ մ,

որտեղ λ համաչափության գործակիցը կոչվում է միաձուլման հատուկ ջերմություն։

Միաձուլման հատուկ ջերմությունը հավասար է ջերմության այն քանակին, որն անհրաժեշտ է 1 կգ կշռող պինդ մարմինը հալման կետում հեղուկի վերածելու համար։

Միաձուլման հատուկ ջերմության չափման միավոր:

Հակառակ գործընթացում հեղուկի բյուրեղացումից ջերմություն է արտազատվում նույն քանակությամբ, ինչ ծախսվել է հալվելու վրա։

6. Այրման հատուկ ջերմություն:

Փորձը ցույց է տալիս, որ վառելիքի ամբողջական այրման ժամանակ արտանետվող ջերմության քանակը համաչափ է վառելիքի զանգվածին, այսինքն.

Ք = քմ,

Որտեղ համաչափության գործակիցը q կոչվում է այրման հատուկ ջերմություն:

Այրման տեսակարար ջերմությունը հավասար է ջերմության քանակին, որն ազատվում է 1 կգ վառելիքի ամբողջական այրման ժամանակ։

Այրման հատուկ ջերմության չափման միավոր:

7. Հավասարում ջերմային հավասարակշռություն.

Երկու կամ ավելի մարմիններ ներգրավված են ջերմափոխանակության մեջ: Որոշ մարմիններ ջերմություն են տալիս, իսկ մյուսները ստանում են այն: Ջերմափոխանակությունը տեղի է ունենում այնքան ժամանակ, մինչև մարմինների ջերմաստիճանները հավասարվեն։ Ըստ էներգիայի պահպանման օրենքի՝ արտանետվող ջերմության քանակը հավասար է ստացված քանակին։ Այս հիման վրա գրված է ջերմային հաշվեկշռի հավասարումը:

Դիտարկենք մի օրինակ։

m 1 զանգվածով մարմինը, որի ջերմունակությունը c 1 է, ունի ջերմաստիճան T 1, իսկ m 2 զանգվածով մարմինը, որի ջերմունակությունը c 2 է, ունի ջերմաստիճան T 2: Ավելին, T 1-ը մեծ է T 2-ից: Այս մարմինները շփվում են։ Փորձը ցույց է տալիս, որ սառը մարմինը (մ 2) սկսում է տաքանալ, իսկ տաք մարմինը (մ 1) սկսում է սառչել։ Սա ենթադրում է, որ տաք մարմնի ներքին էներգիայի մի մասը փոխանցվում է սառը մարմնին, և ջերմաստիճանը հավասարվում է: Վերջնական ընդհանուր ջերմաստիճանը նշանակենք θ.

Տաք մարմնից սառը մարմնին փոխանցվող ջերմության քանակը

Ք փոխանցվել է. = գ 1 մ 1 (Տ 1 – θ )

Սառը մարմնի ստացած ջերմության քանակը տաք մարմնից

Ք ստացել է. = գ 2 մ 2 (θ – Տ 2 )

Էներգիայի պահպանման օրենքի համաձայն Ք փոխանցվել է. = Ք ստացել է., այսինքն.

գ 1 մ 1 (Տ 1 – θ )= գ 2 մ 2 (θ – Տ 2 )

Եկեք բացենք փակագծերը և արտահայտենք ընդհանուր կայուն ջերմաստիճանի θ արժեքը։

θ ջերմաստիճանի արժեքը այս դեպքում կստացվի կելվիններով:

Այնուամենայնիվ, քանի որ Q-ի արտահայտություններում անցել է. և ստացվում է Q. եթե կա տարբերություն երկու ջերմաստիճանների միջև, և դա նույնն է ինչպես կելվիններում, այնպես էլ Ցելսիուսի աստիճաններում, ապա հաշվարկը կարող է իրականացվել Ցելսիուսի աստիճաններով: Հետո

Այս դեպքում θ ջերմաստիճանի արժեքը կստացվի Ցելսիուսի աստիճաններով:

Ջերմային հաղորդման արդյունքում ջերմաստիճանների հավասարեցումը կարելի է բացատրել մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիման վրա՝ որպես փոխանակում. կինետիկ էներգիամոլեկուլների միջև ջերմային քաոսային շարժման գործընթացում բախվելիս:

Այս օրինակը կարելի է պատկերացնել գրաֆիկով:

>>Ֆիզիկա. Մարմնի տաքացման համար պահանջվող ջերմության և սառեցման ընթացքում նրա կողմից արտազատվող ջերմության քանակի հաշվարկ

Սովորելու համար, թե ինչպես կարելի է հաշվարկել ջերմության քանակությունը, որն անհրաժեշտ է մարմինը տաքացնելու համար, նախ պարզում ենք, թե ինչ քանակներից է այն կախված:
Նախորդ պարբերությունից մենք արդեն գիտենք, որ ջերմության այս քանակությունը կախված է այն նյութից, որից բաղկացած է մարմինը (այսինքն՝ նրա հատուկ ջերմային հզորությունը).
Q կախված է գ
Բայց սա դեռ ամենը չէ։

Եթե ​​ուզում ենք թեյնիկի ջուրը տաքացնել, որ միայն տաքանա, ապա երկար չենք տաքացնի։ Իսկ որպեսզի ջուրը տաքանա, մենք այն ավելի երկար ենք տաքացնելու։ Բայց որքան երկար է թեյնիկը շփվում տաքացուցիչի հետ, այնքան ավելի շատ ջերմություն կստանա դրանից։

Ուստի տաքացման ժամանակ մարմնի ջերմաստիճանը որքան փոխվի, այնքան ավելի շատ ջերմություն պետք է փոխանցվի դրան։

Թող մարմնի սկզբնական ջերմաստիճանը հավասար լինի տինին, իսկ վերջնական ջերմաստիճանը՝ tfin։ Այնուհետև մարմնի ջերմաստիճանի փոփոխությունը կարտահայտվի տարբերությամբ.

Ի վերջո, բոլորը դա գիտեն ջեռուցումՕրինակ, 2 կգ ջուրն ավելի շատ ժամանակ է պահանջում (հետևաբար ավելի շատ ջերմություն), քան 1 կգ ջուր տաքացնելու համար: Սա նշանակում է, որ մարմնի տաքացման համար պահանջվող ջերմության քանակը կախված է այդ մարմնի զանգվածից.

Այսպիսով, ջերմության քանակությունը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է իմանալ այն նյութի հատուկ ջերմային հզորությունը, որից կազմված է մարմինը, այս մարմնի զանգվածը և դրա վերջնական և սկզբնական ջերմաստիճանների տարբերությունը:

Թող, օրինակ, պահանջվի որոշել, թե որքան ջերմություն է անհրաժեշտ 5 կգ զանգված ունեցող երկաթե մասի տաքացման համար, պայմանով, որ դրա սկզբնական ջերմաստիճանը լինի 20 °C, իսկ վերջնական ջերմաստիճանը՝ 620 °C։

Աղյուսակ 8-ից մենք գտնում ենք, որ երկաթի տեսակարար ջերմային հզորությունը c = 460 Ջ/(կգ°C): Սա նշանակում է, որ 1 կգ երկաթը 1 °C-ով տաքացնելու համար պահանջվում է 460 Ջ։
5 կգ երկաթը 1°C-ով տաքացնելու համար կպահանջվի 5 անգամ ավելի շատ քանակությունջերմություն, այսինքն. 460 J * 5 = 2300 J.

Երկաթը տաքացնել ոչ թե 1 °C, այլ տաքացնել Ա t \u003d 600 ° C, այն կպահանջի ևս 600 անգամ ավելի շատ ջերմություն, այսինքն ՝ 2300 J X 600 \u003d 1 380 000 J: Ճիշտ նույնքան (մոդուլով) ջերմություն կթողարկվի, երբ այս երկաթը սառչի 620-ից մինչև 20 ° C: .

Այսպիսով, մարմինը տաքացնելու համար անհրաժեշտ կամ սառեցման ընթացքում թողարկված ջերմության քանակությունը գտնելու համար հարկավոր է մարմնի հատուկ ջերմությունը բազմապատկել զանգվածով և վերջնական և սկզբնական ջերմաստիճանների տարբերությամբ.

??? 1. Բերե՛ք օրինակներ, որոնք ցույց են տալիս, որ տաքացման ժամանակ մարմնի ստացած ջերմության քանակը կախված է նրա զանգվածից և ջերմաստիճանի փոփոխությունից: 2. Ո՞ր բանաձեւով է մարմնի տաքացման համար պահանջվող ջերմության քանակությունը կամ երբ է արտազատվում նրա կողմից սառեցում?

Ս.Վ. Գրոմովը, Ն.Ա. Հայրենիք, ֆիզիկա 8 դասարան

Ներկայացված է ընթերցողների կողմից ինտերնետ կայքերից

Առաջադրանք և պատասխաններ ֆիզիկայից ըստ դասարանների, ներբեռնեք ֆիզիկայի ամփոփագրեր, ֆիզիկայի դասերի պլանավորում 8-րդ դասարան, ամեն ինչ, որպեսզի ուսանողը պատրաստվի դասերին, դասի պլան ֆիզիկայից, ֆիզիկայի թեստեր առցանց, տնային առաջադրանքներ և աշխատանք

Դասի բովանդակությունը դասի ամփոփումաջակցություն շրջանակային դասի ներկայացման արագացուցիչ մեթոդներ ինտերակտիվ տեխնոլոգիաներ Պրակտիկա առաջադրանքներ և վարժություններ ինքնաքննության սեմինարներ, թրեյնինգներ, դեպքեր, որոնումներ տնային առաջադրանքների քննարկման հարցեր հռետորական հարցեր ուսանողներից Նկարազարդումներ աուդիո, տեսահոլովակներ և մուլտիմեդիանկարներ, նկարներ գրաֆիկա, աղյուսակներ, սխեմաներ հումոր, անեկդոտներ, կատակներ, կոմիքսներ, առակներ, ասացվածքներ, խաչբառեր, մեջբերումներ Հավելումներ վերացականներհոդվածներ չիպսեր հետաքրքրասեր խաբեբա թերթիկների համար դասագրքեր հիմնական և լրացուցիչ տերմինների բառարան այլ Դասագրքերի և դասերի կատարելագործումուղղել դասագրքի սխալներըԴասագրքի նորարարության տարրերի թարմացում դասագրքում՝ հնացած գիտելիքները նորերով փոխարինելով Միայն ուսուցիչների համար կատարյալ դասերտարվա օրացուցային պլան ուղեցույցներքննարկման ծրագրեր Ինտեգրված դասեր

Ջերմային հզորություն 1 աստիճան տաքացնելիս մարմնի կողմից ներծծվող ջերմության քանակն է։

Մարմնի ջերմունակությունը նշվում է մեծատառերով Լատինական տառ Հետ.

Ի՞նչն է որոշում մարմնի ջերմունակությունը: Առաջին հերթին՝ իր զանգվածից։ Հասկանալի է, որ, օրինակ, 1 կիլոգրամ ջուրը տաքացնելու համար ավելի շատ ջերմություն կպահանջվի, քան 200 գրամ տաքացնելը։

Ինչ վերաբերում է նյութի տեսակին: Եկեք փորձ անենք։ Վերցնենք երկու միանման անոթ և դրանցից մեկի մեջ լցնելով 400 գ ջուր, իսկ մյուսի մեջ. բուսական յուղ 400 գ քաշով դրանք կսկսենք տաքացնել միանման այրիչների օգնությամբ։ Դիտարկելով ջերմաչափերի ցուցումները՝ կտեսնենք, որ նավթը արագ տաքանում է։ Ջուրն ու յուղը նույն ջերմաստիճանում տաքացնելու համար ջուրը պետք է ավելի երկար տաքացվի։ Բայց որքան երկար ենք տաքացնում ջուրը, այնքան ավելի շատ ջերմություն է այն ստանում այրիչից:

Այսպիսով, տարբեր նյութերի նույն զանգվածը նույն ջերմաստիճանում տաքացնելու համար անհրաժեշտ է տարբեր քանակությամբջերմություն. Մարմնի տաքացման համար պահանջվող ջերմության քանակը և, հետևաբար, նրա ջերմային հզորությունը կախված են այն նյութից, որից կազմված է այս մարմինը։

Այսպիսով, օրինակ, 1 կգ զանգվածով ջրի ջերմաստիճանը 1 ° C-ով բարձրացնելու համար պահանջվում է 4200 Ջ-ի հավասար ջերմություն, իսկ արևածաղկի ձեթի նույն զանգվածը 1 ° C տաքացնելու համար՝ պահանջվում է 1700 Ջ-ի հավասար ջերմություն:

Ֆիզիկական մեծությունը, որը ցույց է տալիս, թե որքան ջերմություն է պահանջվում 1 կգ նյութը 1 ºС-ով տաքացնելու համար, կոչվում է. հատուկ ջերմություն այս նյութը.

Յուրաքանչյուր նյութ ունի իր հատուկ ջերմային հզորությունը, որը նշվում է լատինական c տառով և չափվում է ջոուլներով մեկ կիլոգրամ աստիճանի համար (J / (kg ° C)):

Տարբեր ագրեգատային (պինդ, հեղուկ և գազային) միևնույն նյութի տեսակարար ջերմունակությունը տարբեր է։ Օրինակ՝ ջրի տեսակարար ջերմային հզորությունը 4200 Ջ/(կգ ºС), իսկ սառույցի տեսակարար ջերմային հզորությունը՝ 2100 Ջ/(կգ ºС); Ալյումինը պինդ վիճակում ունի 920 Ջ / (կգ - ° C) տեսակարար ջերմային հզորություն, իսկ հեղուկ վիճակում՝ 1080 Ջ / (կգ - ° С):

Նկատի ունեցեք, որ ջուրն ունի շատ բարձր տեսակարար ջերմային հզորություն: Ուստի ծովերի և օվկիանոսների ջուրը, տաքանալով ամռանը, կլանում է օդից մեծ թվովջերմություն. Դրա շնորհիվ այն վայրերում, որոնք գտնվում են մեծ ջրային մարմինների մոտ, ամառը այնքան շոգ չէ, որքան ջրից հեռու վայրերում։

Մարմնի տաքացման համար պահանջվող կամ հովացման ընթացքում նրա կողմից արտանետվող ջերմության քանակի հաշվարկ։

Վերոնշյալից պարզ է դառնում, որ մարմինը տաքացնելու համար անհրաժեշտ ջերմության քանակը կախված է նյութի տեսակից, որից կազմված է մարմինը (այսինքն՝ նրա հատուկ ջերմունակությունը) և մարմնի զանգվածից։ Պարզ է նաև, որ ջերմության քանակությունը կախված է նրանից, թե քանի աստիճանով ենք բարձրացնելու մարմնի ջերմաստիճանը։

Այսպիսով, մարմինը տաքացնելու համար պահանջվող կամ հովացման ընթացքում թողարկվող ջերմության քանակությունը որոշելու համար հարկավոր է մարմնի հատուկ ջերմությունը բազմապատկել զանգվածով և վերջնական և սկզբնական ջերմաստիճանների տարբերությամբ.

Ք= սմ (t 2 -t 1),

որտեղ Ք- ջերմության քանակը, գ- հատուկ ջերմային հզորություն, մ- մարմնի զանգված, t1- նախնական ջերմաստիճանը, t2- վերջնական ջերմաստիճան.

Երբ մարմինը տաքացվում է t2> t1և հետևաբար Ք >0 . Երբ մարմինը սառչում է t 2 և< t1և հետևաբար Ք< 0 .

Եթե ​​ամբողջ մարմնի ջերմունակությունը հայտնի է Հետ, Քորոշվում է բանաձևով. Q \u003d C (t 2 - t1):

22) հալում` սահմանում, հալման կամ պնդացման ջերմության քանակի հաշվարկ, հալման տեսակարար ջերմություն, t 0 (Q) գրաֆիկ.

Թերմոդինամիկա

Գլուխ մոլեկուլային ֆիզիկա, որն ուսումնասիրում է էներգիայի փոխանցումը, էներգիայի որոշ տեսակների փոխակերպման օրինաչափությունները։ Ի տարբերություն մոլեկուլային-կինետիկ տեսության, թերմոդինամիկան հաշվի չի առնում նյութերի ներքին կառուցվածքը և միկրոպարամետրերը։

Թերմոդինամիկական համակարգ

Սա մարմինների հավաքածու է, որոնք էներգիա են փոխանակում (աշխատանքի կամ ջերմության տեսքով) միմյանց կամ հետ միջավայրը. Օրինակ՝ թեյնիկի ջուրը սառչում է, տեղի է ունենում ջրի ջերմության փոխանակում թեյնիկի հետ, իսկ թեյամանը՝ շրջակա միջավայրի հետ։ Մխոցի տակ գտնվող գազով բալոն. մխոցը կատարում է աշխատանք, որի արդյունքում գազը ստանում է էներգիա և փոխվում են նրա մակրո պարամետրերը։

Ջերմության քանակությունը

Սա էներգիա, որը ստանում կամ տրվում է համակարգի կողմից ջերմափոխանակման գործընթացում։ Նշվում է Q խորհրդանիշով, որը չափվում է, ինչպես ցանկացած էներգիա, Ջուլերով:

Ջերմափոխադրման տարբեր գործընթացների արդյունքում փոխանցվող էներգիան որոշվում է յուրովի։

Ջեռուցում և հովացում

Այս գործընթացը բնութագրվում է համակարգի ջերմաստիճանի փոփոխությամբ: Ջերմության քանակը որոշվում է բանաձևով

հետ նյութի տեսակարար ջերմունակությունըչափվում է տաքացման համար պահանջվող ջերմության քանակով զանգվածային միավորներայս նյութից 1 Կ. 1 կգ բաժակ կամ 1 կգ ջուր տաքացնելու համար. տարբեր քանակությամբէներգիա. Հատուկ ջերմային հզորությունը հայտնի արժեք է, որն արդեն հաշվարկված է բոլոր նյութերի համար, տես արժեքը ֆիզիկական աղյուսակներում:

C նյութի ջերմունակությունը- սա այն ջերմության քանակն է, որն անհրաժեշտ է մարմինը տաքացնելու համար՝ առանց հաշվի առնելու դրա զանգվածը 1K-ով:

Հալում և բյուրեղացում

Հալումը նյութի անցումն է պինդ վիճակից հեղուկ վիճակի։ Հակադարձ անցումը կոչվում է բյուրեղացում:

Այն էներգիան, որը ծախսվում է նյութի բյուրեղային ցանցի ոչնչացման վրա, որոշվում է բանաձևով.

Միաձուլման հատուկ ջերմությունը հայտնի արժեք է յուրաքանչյուր նյութի համար, տես արժեքը ֆիզիկական աղյուսակներում:

Գոլորշիացում (գոլորշիացում կամ եռում) և խտացում

Գոլորշացումը նյութի անցումն է հեղուկ (պինդ) վիճակից գազային վիճակի։ Հակառակ գործընթացը կոչվում է խտացում:

Գոլորշացման հատուկ ջերմությունը հայտնի արժեք է յուրաքանչյուր նյութի համար, տես արժեքը ֆիզիկական աղյուսակներում:

Այրում

Նյութի այրման ժամանակ արտանետվող ջերմության քանակությունը

Այրման հատուկ ջերմությունը հայտնի արժեք է յուրաքանչյուր նյութի համար, տես արժեքը ֆիզիկական աղյուսակներում:

Մարմինների փակ և ադիաբատիկորեն մեկուսացված համակարգի համար ջերմային հաշվեկշռի հավասարումը բավարարված է։ Ջերմափոխանակությանը մասնակցող բոլոր մարմինների կողմից տրված և ստացած ջերմության քանակների հանրահաշվական գումարը հավասար է զրոյի.

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

23) Հեղուկների կառուցվածքը. մակերեսային շերտ. Մակերեւութային լարվածության ուժ՝ դրսեւորման օրինակներ, հաշվարկ, մակերեւութային լարվածության գործակից։

Ժամանակ առ ժամանակ ցանկացած մոլեկուլ կարող է տեղափոխվել հարակից թափուր տեղ: Հեղուկների նման թռիչքները բավականին հաճախ են տեղի ունենում. հետևաբար, մոլեկուլները կապված չեն որոշակի կենտրոնների հետ, ինչպես բյուրեղներում, և կարող են շարժվել հեղուկի ողջ ծավալով: Սա բացատրում է հեղուկների հեղուկությունը: Սերտ տարածված մոլեկուլների միջև ուժեղ փոխազդեցության շնորհիվ նրանք կարող են ձևավորել տեղական (անկայուն) կարգավորված խմբեր, որոնք պարունակում են մի քանի մոլեկուլներ։ Այս երեւույթը կոչվում է կարճաժամկետ պատվեր(նկ. 3.5.1):

β գործակիցը կոչվում է ջերմաստիճանի գործակիցըծավալի ընդլայնում . Հեղուկների համար այս գործակիցը տասն անգամ ավելի մեծ է, քան պինդ մարմինների համար։ Ջրի համար, օրինակ, 20 ° C ջերմաստիճանում, β ≈ 2 10 - 4 K - 1, պողպատի β st ≈ 3.6 10 - 5 K - 1, քվարց ապակու համար β kv ≈ 9 10 - 6 K - մեկ .

Ջրի ջերմային ընդլայնումը հետաքրքիր և կարևոր անոմալիա ունի Երկրի վրա կյանքի համար. 4 °C-ից ցածր ջերմաստիճանում ջուրը ընդլայնվում է ջերմաստիճանի նվազմամբ (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Երբ ջուրը սառչում է, այն ընդլայնվում է, ուստի սառույցը մնում է լողացող ջրի սառցակալած մարմնի մակերեսին: Սառույցի տակ սառչող ջրի ջերմաստիճանը 0°C է։ Ջրամբարի հատակին մոտ գտնվող ջրի ավելի խիտ շերտերում ջերմաստիճանը մոտ 4 °C է։ Դրա շնորհիվ կյանք կարող է գոյություն ունենալ սառցակալման ջրամբարների ջրում։

Մեծ մասը հետաքրքիր առանձնահատկությունհեղուկների առկայությունը ազատ մակերես . Հեղուկը, ի տարբերություն գազերի, չի լրացնում անոթի ամբողջ ծավալը, որի մեջ այն լցվում է։ Հեղուկի և գազի (կամ գոլորշու) միջև ձևավորվում է միջերես, որը գտնվում է ներսում հատուկ պայմաններհամեմատ մնացած հեղուկ զանգվածի Հարկ է նկատի ունենալ, որ չափազանց ցածր սեղմելիության պատճառով ավելի խիտ փաթեթավորված մակերեսային շերտի առկայությունը չի հանգեցնում հեղուկի ծավալի որևէ նկատելի փոփոխության: Եթե ​​մոլեկուլը մակերևույթից տեղափոխվի հեղուկ, ապա միջմոլեկուլային փոխազդեցության ուժերը դրական կաշխատեն։ Ընդհակառակը, հեղուկի խորքից մակերևույթ որոշակի քանակությամբ մոլեկուլներ քաշելու համար (այսինքն, հեղուկի մակերեսը մեծացնելու համար), արտաքին ուժերը պետք է դրական աշխատանք կատարեն Δ. Աարտաքին, համաչափ Δ փոփոխության Սմակերեսը:

Մեխանիկայից հայտնի է, որ համակարգի հավասարակշռության վիճակները համապատասխանում են նրա պոտենցիալ էներգիայի նվազագույն արժեքին։ Դրանից բխում է, որ հեղուկի ազատ մակերեսը հակված է նվազեցնելու իր տարածքը: Այդ պատճառով հեղուկի ազատ կաթիլը ստանում է գնդաձև ձև։ Հեղուկն իրեն պահում է այնպես, ասես ուժերը շոշափում են իր մակերեսին՝ նվազեցնելով (կծկելով) այս մակերեսը: Այս ուժերը կոչվում են մակերեսային լարվածության ուժեր .

Մակերեւութային լարվածության ուժերի առկայությունը հեղուկի մակերեսին դարձնում է առաձգական ձգված թաղանթի տեսք, միակ տարբերությամբ, որ թաղանթում առաձգական ուժերը կախված են դրա մակերեսի մակերեսից (այսինքն, թե ինչպես է թաղանթը դեֆորմացվում) և մակերևութային լարվածության ուժերից։ կախված չենհեղուկի մակերեսի վրա:

Որոշ հեղուկներ, ինչպիսիք են օճառի ջուրը, ունեն բարակ թաղանթներ ձևավորելու հատկություն: Բոլոր հայտնի օճառի փուչիկները ունեն ճիշտ գնդաձև ձև. սա նաև արտահայտում է մակերեսային լարվածության ուժերի գործողությունը: Եթե ​​օճառի լուծույթի մեջ իջեցնեն մետաղական շրջանակ, որի կողմերից մեկը շարժական է, ապա այն ամբողջությամբ ծածկված կլինի հեղուկ թաղանթով (նկ. 3.5.3):

Մակերեւութային լարվածության ուժերը հակված են կրճատելու ֆիլմի մակերեսը: Շրջանակի շարժական կողմը հավասարակշռելու համար հարկավոր է կցել դրան արտաքին ուժԵթե ​​ուժի ազդեցությամբ խաչաձողը շարժվում է Δ x, ապա աշխատանքը Δ Ա ext = Ֆ ext Δ x = Δ Եպ = σΔ Ս, որտեղ ∆ Ս = 2ԼΔ xօճառի թաղանթի երկու կողմերի մակերեսի ավելացումն է: Քանի որ ուժերի մոդուլները նույնն են, կարող ենք գրել.

Այսպիսով, մակերեսային լարվածության գործակիցը σ կարող է սահմանվել որպես Մակերեւութային լարվածության ուժի մոդուլը, որը գործում է մակերեսը սահմանող գծի երկարության միավորի վրա.

Մակերեւութային լարվածության ուժերի գործողության շնորհիվ հեղուկ կաթիլներում և ներսում օճառի փուչիկներըառաջանում է գերճնշում Δ էջ. Եթե ​​մտովի կտրենք շառավիղի գնդաձեւ կաթիլ Ռերկու կեսի, այնուհետև նրանցից յուրաքանչյուրը պետք է լինի հավասարակշռության մեջ 2π երկարությամբ կտրվածքի սահմանին կիրառվող մակերևութային լարվածության ուժերի ազդեցության տակ: Ռև գերճնշման ուժերը, որոնք գործում են π տարածքի վրա Ռ 2 հատված (նկ. 3.5.4): Հավասարակշռության պայմանը գրված է այսպես

Եթե ​​այդ ուժերը ավելի մեծ են, քան հենց հեղուկի մոլեկուլների փոխազդեցության ուժերը, ապա հեղուկը թրջում էմակերեւույթ ամուր մարմին. Այս դեպքում հեղուկը մոտենում է պինդ նյութի մակերեսին ոմանց տակ սուր անկյունθ, հատկանշական տվյալ զույգ հեղուկի համար՝ պինդ: θ անկյունը կոչվում է շփման անկյուն . Եթե ​​հեղուկի մոլեկուլների փոխազդեցության ուժերը գերազանցում են պինդ մոլեկուլների հետ նրանց փոխազդեցության ուժերը, ապա θ շփման անկյունը բութ է ստացվում (նկ. 3.5.5): Այս դեպքում հեղուկը ասվում է չի թրջվումպինդ մարմնի մակերեսը. ժամը ամբողջական թրջումθ = 0, ժամը ամբողջական չթրջվողθ = 180 °:

մազանոթային երեւույթներկոչվում է հեղուկի բարձրացում կամ անկում փոքր տրամագծով խողովակներում. մազանոթներ. Մազանոթների միջով բարձրանում են թրջող հեղուկները, իջնում ​​են չթրջվող հեղուկները։

Նկ. 3.5.6-ը ցույց է տալիս որոշակի շառավղով մազանոթ խողովակ rստորին ծայրով իջեցվել է խտության ρ թրջող հեղուկի մեջ: Մազանոթի վերին ծայրը բաց է։ Հեղուկի բարձրացումը մազանոթում շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև մազանոթի հեղուկ սյունակի վրա ազդող ծանրության ուժը բացարձակ արժեքով հավասարվի ստացվածին: Ֆ n մակերևութային լարվածության ուժեր, որոնք գործում են մազանոթի մակերեսի հետ հեղուկի շփման սահմանի երկայնքով. Ֆ t = Ֆ n, որտեղ Ֆ t = մգ = ρ հπ r 2 է, Ֆ n = σ2π r cos θ.

Սա ենթադրում է.

Լրիվ չթրջվելու դեպքում θ = 180°, cos θ = –1 և, հետևաբար, հ < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Ջուրը գրեթե ամբողջությամբ թրջում է մաքուր ապակու մակերեսը։ Ընդհակառակը, սնդիկը ամբողջությամբ չի թրջում ապակու մակերեսը։ Հետևաբար, ապակու մազանոթում սնդիկի մակարդակը ընկնում է նավի մակարդակից ցածր:

24) գոլորշիացում` սահմանում, տեսակներ (գոլորշիացում, եռում), գոլորշիացման և խտացման համար ջերմության քանակի հաշվարկ, գոլորշիացման տեսակարար ջերմություն.

Գոլորշիացում և խտացում: Գոլորշիացման երևույթի բացատրությունը նյութի մոլեկուլային կառուցվածքի մասին պատկերացումների հիման վրա։ Գոլորշացման հատուկ ջերմություն: Նրա միավորները.

Հեղուկի գոլորշի դառնալու երեւույթը կոչվում է գոլորշիացում.

Գոլորշիացում - բաց մակերեսից առաջացող գոլորշիացման գործընթացը.

Հեղուկի մոլեկուլները շարժվում են տարբեր արագություններ. Եթե ​​որևէ մոլեկուլ գտնվում է հեղուկի մակերեսին, այն կարող է հաղթահարել հարևան մոլեկուլների ձգողականությունը և դուրս թռչել հեղուկից։ Փախչող մոլեկուլները գոլորշի են կազմում: Մնացած հեղուկի մոլեկուլների արագությունները փոխվում են բախման ժամանակ: Այս դեպքում որոշ մոլեկուլներ ձեռք են բերում հեղուկից դուրս թռչելու համար բավարար արագություն։ Այս գործընթացը շարունակվում է, ուստի հեղուկները դանդաղորեն գոլորշիանում են:

*Գոլորշիացման արագությունը կախված է հեղուկի տեսակից: Այդ հեղուկներն ավելի արագ են գոլորշիանում, որոնցում մոլեկուլները ձգվում են ավելի քիչ ուժով։

*Գոլորշիացումը կարող է առաջանալ ցանկացած ջերմաստիճանում: Բայց ժամը բարձր ջերմաստիճաններգոլորշիացումն ավելի արագ է .

*Գոլորշիացման արագությունը կախված է դրա մակերեսից:

*Քամու դեպքում (օդի հոսք) գոլորշիացումը տեղի է ունենում ավելի արագ:

Գոլորշիացման ընթացքում ներքին էներգիան նվազում է, քանի որ. երբ հեղուկը գոլորշիանում է, արագ մոլեկուլները հեռանում են, հետևաբար, Միջին արագությունըմյուս մոլեկուլները նվազում են: Սա նշանակում է, որ եթե դրսից էներգիայի ներհոսք չկա, ապա հեղուկի ջերմաստիճանը նվազում է։

Գոլորշի հեղուկի վերածվելու երեւույթը կոչվում է խտացում. Այն ուղեկցվում է էներգիայի արտազատմամբ։

Գոլորշիների խտացումը բացատրում է ամպերի առաջացումը: Ջրային գոլորշիները, որոնք բարձրանում են գետնից, ամպեր են կազմում օդի վերին սառը շերտերում, որոնք բաղկացած են ջրի փոքրիկ կաթիլներից:

Գոլորշացման հատուկ ջերմություն - ֆիզիկական. քանակ, որը ցույց է տալիս, թե որքան ջերմություն է անհրաժեշտ 1 կգ զանգվածով հեղուկը գոլորշու վերածելու համար՝ առանց ջերմաստիճանը փոխելու։

Ուդ. գոլորշիացման ջերմություն նշվում է L տառով և չափվում է J / կգ-ով

Ուդ. ջրի գոլորշիացման ջերմություն՝ L=2,3×10 6 Ջ/կգ, սպիրտ L=0,9×10 6

Հեղուկը գոլորշու վերածելու համար պահանջվող ջերմության քանակը՝ Q = Lm

Սովորելու համար, թե ինչպես կարելի է հաշվարկել ջերմության քանակությունը, որն անհրաժեշտ է մարմինը տաքացնելու համար, նախ պարզում ենք, թե ինչ քանակներից է այն կախված:

Նախորդ պարբերությունից մենք արդեն գիտենք, որ ջերմության այս քանակությունը կախված է այն նյութից, որից բաղկացած է մարմինը (այսինքն՝ նրա հատուկ ջերմային հզորությունը).

Q կախված է c-ից:

Բայց սա դեռ ամենը չէ։

Եթե ​​ուզում ենք թեյնիկի ջուրը տաքացնել, որ միայն տաքանա, ապա երկար չենք տաքացնի։ Իսկ որպեսզի ջուրը տաքանա, մենք այն ավելի երկար ենք տաքացնելու։ Բայց որքան երկար է թեյնիկը շփվում տաքացուցիչի հետ, այնքան ավելի շատ ջերմություն կստանա դրանից։ Ուստի տաքացման ժամանակ մարմնի ջերմաստիճանը որքան փոխվի, այնքան ավելի շատ ջերմություն պետք է փոխանցվի դրան։

Թող մարմնի սկզբնական ջերմաստիճանը հավասար լինի t սկզբնականին, իսկ վերջնական ջերմաստիճանը՝ t վերջնական։ Այնուհետեւ մարմնի ջերմաստիճանի փոփոխությունը կարտահայտվի տարբերությամբ

Δt = t վերջ - t սկիզբ,

և ջերմության քանակը կախված կլինի այս արժեքից.

Q կախված է Δt.

Ի վերջո, բոլորը գիտեն, որ, օրինակ, 2 կգ ջրի տաքացումը ավելի շատ ժամանակ է պահանջում (և հետևաբար՝ ավելի շատ ջերմություն), քան 1 կգ ջուրը տաքացնելը։ Սա նշանակում է, որ մարմնի տաքացման համար պահանջվող ջերմության քանակը կախված է այդ մարմնի զանգվածից.

Q կախված է մ.

Այսպիսով, ջերմության քանակությունը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է իմանալ այն նյութի հատուկ ջերմային հզորությունը, որից կազմված է մարմինը, այս մարմնի զանգվածը և դրա վերջնական և սկզբնական ջերմաստիճանների տարբերությունը:

Թող, օրինակ, պահանջվի որոշել, թե որքան ջերմություն է անհրաժեշտ 5 կգ զանգված ունեցող երկաթե մասի տաքացման համար, պայմանով, որ դրա սկզբնական ջերմաստիճանը լինի 20 °C, իսկ վերջնական ջերմաստիճանը՝ 620 °C։

Աղյուսակ 8-ից մենք գտնում ենք, որ երկաթի տեսակարար ջերմային հզորությունը c = 460 Ջ/(կգ*°C): Սա նշանակում է, որ 1 կգ երկաթը 1 °C-ով տաքացնելու համար պահանջվում է 460 Ջ։

5 կգ երկաթը 1 ° C-ով տաքացնելու համար կպահանջվի 5 անգամ ավելի շատ ջերմություն, այսինքն՝ 460 Ջ * 5 \u003d 2300 Ջ։

Երկաթը ոչ թե 1 °C, այլ Δt = 600 °C տաքացնելու համար կպահանջվի ևս 600 անգամ ավելի շատ ջերմություն, այսինքն՝ 2300 J * 600 = 1 380 000 Ջ։ Ճիշտ նույն (մոդուլային) ջերմություն կթողարկվի, և երբ սա երկաթը սառչում է 620-ից մինչև 20 °C:

Այսպիսով, Մարմնի տաքացման համար պահանջվող կամ հովացման ընթացքում թողարկվող ջերմության քանակությունը գտնելու համար հարկավոր է մարմնի հատուկ ջերմությունը բազմապատկել զանգվածով և վերջնական և սկզբնական ջերմաստիճանների տարբերությամբ։:

Երբ մարմինը տաքացվում է, tcon > tini և, հետևաբար, Q > 0: Երբ մարմինը սառչում է, tcon.< t нач и, следовательно, Q < 0.

1. Բերե՛ք օրինակներ, որոնք ցույց են տալիս, որ տաքացման ժամանակ մարմնի ստացած ջերմության քանակը կախված է նրա զանգվածից և ջերմաստիճանի փոփոխությունից: 2. Ի՞նչ բանաձևով է հաշվարկվում մարմնի տաքացման համար պահանջվող կամ հովացման ընթացքում արտանետվող ջերմության քանակը:

Ջերմության քանակի հայեցակարգը ձևավորվել է ժամանակակից ֆիզիկայի զարգացման վաղ փուլերում, երբ հստակ պատկերացումներ չկային. ներքին կառուցվածքընյութի մասին, այն մասին, թե ինչ է էներգիան, էներգիայի ինչ ձևեր կան բնության մեջ և էներգիայի մասին՝ որպես նյութի շարժման և փոխակերպման ձև:

Ջերմության քանակությունը հասկացվում է որպես ֆիզիկական մեծություն, որը համարժեք է նյութական մարմնին ջերմափոխանակման գործընթացում փոխանցվող էներգիային:

Ջերմության քանակի հնացած միավորը կալորիականությունն է՝ հավասար 4,2 Ջ, այսօր այդ միավորը գործնականում չի օգտագործվում, իսկ ջուլը տեղն է գրավել։

Ի սկզբանե ենթադրվում էր, որ ջերմային էներգիայի կրողը միանգամայն անկշռող միջավայր է, որն ունի հեղուկի հատկություններ։ Այս նախադրյալի հիման վրա լուծվել և լուծվում են ջերմության փոխանցման բազմաթիվ ֆիզիկական խնդիրներ։ Հիպոթետիկ կալորիականության առկայությունը հիմք է ընդունվել շատ էապես ճիշտ կառուցումների համար։ Ենթադրվում էր, որ կալորիականությունը ազատվում և ներծծվում է տաքացման և հովացման, հալման և բյուրեղացման երևույթներում: Ջերմափոխադրման գործընթացների ճիշտ հավասարումները ստացվել են ոչ ճիշտ ֆիզիկական հասկացություններից: Հայտնի օրենք կա, ըստ որի ջերմության քանակն ուղիղ համեմատական ​​է ջերմափոխանակության մեջ ներգրավված մարմնի զանգվածին և ջերմաստիճանի գրադիենտին.

Որտեղ Q-ը ջերմության քանակն է, m-ը մարմնի զանգվածն է, իսկ գործակիցը հետ- մի մեծություն, որը կոչվում է հատուկ ջերմային հզորություն: Հատուկ ջերմային հզորություն - գործընթացում ներգրավված նյութի բնութագրիչն է:

Աշխատեք թերմոդինամիկայի ոլորտում

Ջերմային պրոցեսների արդյունքում կարելի է կատարել զուտ մեխանիկական աշխատանք։ Օրինակ՝ գազը տաքացնելիս մեծացնում է իր ծավալը։ Եկեք վերցնենք մի իրավիճակ, ինչպես ստորև նկարում.

Այս դեպքում մեխանիկական աշխատանքը հավասար կլինի մխոցի վրա գազի ճնշման ուժին, որը բազմապատկվում է ճնշման տակ մխոցի անցած ճանապարհով: Իհարկե, սա ամենապարզ դեպքն է։ Բայց նույնիսկ դրա մեջ կարելի է նկատել մեկ դժվարություն՝ ճնշման ուժը կախված կլինի գազի ծավալից, ինչը նշանակում է, որ մենք գործ ունենք ոչ թե հաստատունների, այլ՝ փոփոխականներ. Քանի որ բոլոր երեք փոփոխականները՝ ճնշումը, ջերմաստիճանը և ծավալը կապված են միմյանց հետ, աշխատանքի հաշվարկը շատ ավելի բարդ է դառնում։ Կան որոշ իդեալական, անսահման դանդաղ գործընթացներ՝ իզոբար, իզոթերմալ, ադիաբատիկ և իզոխորիկ, որոնց համար նման հաշվարկները կարելի է համեմատաբար պարզ կերպով կատարել: Գծվում է ճնշման ընդդեմ ծավալի սյուժեն, և աշխատանքը հաշվարկվում է որպես ձևի ինտեգրալ: