สูตรคำนวณปริมาณความร้อนเมื่อร่างกายเย็นตัวลง วิธีการคำนวณปริมาณความร้อน ผลกระทบจากความร้อน และความร้อนของการก่อตัว

แลกเปลี่ยนความร้อน

1. การถ่ายเทความร้อน

การแลกเปลี่ยนความร้อนหรือการถ่ายเทความร้อนเป็นกระบวนการถ่ายเทพลังงานภายในร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งโดยไม่ต้องทำงาน

การถ่ายเทความร้อนมีสามประเภท

1) การนำความร้อนคือ การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างวัตถุที่สัมผัสโดยตรง

2) การพาความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนที่ถ่ายเทความร้อนโดยการไหลของก๊าซหรือของเหลว

3) รังสีเป็นการถ่ายเทความร้อนด้วยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

2. ปริมาณความร้อน

ปริมาณความร้อนเป็นตัววัดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในร่างกายระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อน เขียนแทนด้วยตัวอักษร Q.

หน่วยวัดปริมาณความร้อน = 1 J

ปริมาณความร้อนที่ร่างกายได้รับจากอีกร่างหนึ่งซึ่งเป็นผลมาจากการถ่ายเทความร้อนสามารถนำไปใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิ (การเพิ่มพลังงานจลน์ของโมเลกุล) หรือการเปลี่ยนแปลงสถานะของการรวมตัว (เพิ่มขึ้น พลังงานศักย์).

3. ความจุความร้อนจำเพาะของสาร

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าปริมาณความร้อนที่ต้องการเพื่อให้ความร้อนแก่ร่างกายมวล m จากอุณหภูมิ T 1 ถึงอุณหภูมิ T 2 เป็นสัดส่วนกับมวลกาย m และความแตกต่างของอุณหภูมิ (T 2 - T 1) กล่าวคือ

Q = ซม(T 2 - T 1 ) = กับมΔ ที

กับเรียกว่าความจุความร้อนจำเพาะของสารในร่างกายที่ให้ความร้อน

ความร้อนจำเพาะของสารมีค่าเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องให้สาร 1 กิโลกรัมเพื่อให้ความร้อน 1 K

หน่วยความจุความร้อนจำเพาะ =

ค่าความจุความร้อนของสารต่างๆ สามารถพบได้ในตารางทางกายภาพ

ปริมาณความร้อน Q เท่ากันจะถูกปล่อยออกมาเมื่อร่างกายเย็นลงโดย ΔT

4.ความร้อนจำเพาะการกลายเป็นไอ

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอนั้นแปรผันตามมวลของของเหลว กล่าวคือ

Q = หืม,

สัมประสิทธิ์สัดส่วนอยู่ที่ไหน หลี่เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอมีค่าเท่ากับปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนของเหลว 1 กิโลกรัมที่จุดเดือดเป็นไอน้ำ

หน่วยวัดความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ในกระบวนการย้อนกลับ การควบแน่นของไอน้ำ ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในปริมาณเดียวกับที่ใช้ในการทำให้กลายเป็นไอ

5. ความร้อนจำเพาะของการหลอมเหลว

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนของแข็งให้เป็นของเหลวนั้นเป็นสัดส่วนกับมวลของร่างกาย กล่าวคือ

Q = λ ม,

โดยที่สัมประสิทธิ์สัดส่วน λ เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการหลอมรวม

ความร้อนจำเพาะของการหลอมรวมเท่ากับปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนวัตถุแข็งที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมให้เป็นของเหลวที่จุดหลอมเหลว

หน่วยวัดความร้อนจำเพาะของการหลอมรวม

ในกระบวนการย้อนกลับ การตกผลึกของของเหลว ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในปริมาณเดียวกับที่ใช้ในการหลอมเหลว

6. ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่สมบูรณ์นั้นเป็นสัดส่วนกับมวลของเชื้อเพลิง กล่าวคือ

Q = qม,

โดยที่ปัจจัยสัดส่วน q เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้

ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้เท่ากับปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง 1 กิโลกรัมโดยสมบูรณ์

หน่วยวัดความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้

7. สมการ สมดุลความร้อน.

ร่างกายตั้งแต่สองคนขึ้นไปมีส่วนร่วมในการแลกเปลี่ยนความร้อน ร่างกายบางส่วนให้ความร้อนในขณะที่ร่างกายบางส่วนได้รับ การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นจนกว่าอุณหภูมิของร่างกายจะเท่ากัน ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเท่ากับปริมาณที่ได้รับ บนพื้นฐานนี้มีการเขียนสมการสมดุลความร้อน

ขอ​พิจารณา​ตัว​อย่าง.

วัตถุมวล m 1 ซึ่งมีความจุความร้อนเท่ากับ c 1 มีอุณหภูมิ T 1 และวัตถุมวล m 2 ที่มีความจุความร้อนเท่ากับ c 2 มีอุณหภูมิ T 2 นอกจากนี้ T 1 มากกว่า T 2 ร่างกายเหล่านี้ถูกนำเข้าสู่การติดต่อ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าร่างกายที่เย็น (m 2) เริ่มร้อนขึ้น และร่างกายที่ร้อน (m 1) เริ่มเย็นลง นี่แสดงให้เห็นว่าพลังงานภายในส่วนหนึ่งของร่างกายที่ร้อนถูกถ่ายโอนไปยังพลังงานที่เย็น และอุณหภูมิก็จะลดลง ให้เราแสดงอุณหภูมิรวมสุดท้ายโดย θ

ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทจากร่างกายที่ร้อนไปสู่ความเย็น

Q โอนแล้ว. = ค 1 ม 1 (T 1 – θ )

ปริมาณความร้อนที่ร่างกายเย็นได้รับจากตัวร้อน

Q ได้รับ. = ค 2 ม 2 (θ – ตู่ 2 )

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน Q โอนแล้ว. = Q ได้รับ., เช่น.

ค 1 ม 1 (T 1 – θ )= ค 2 ม 2 (θ – ตู่ 2 )

ให้เราเปิดวงเล็บและแสดงค่าของอุณหภูมิรวมของสภาวะคงตัว θ

ค่าอุณหภูมิ θ ในกรณีนี้จะได้เป็นเคลวิน

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากในนิพจน์สำหรับ Q ผ่าน และรับ Q หากมีความแตกต่างระหว่างสองอุณหภูมิ และมีค่าเท่ากันทั้งเคลวินและองศาเซลเซียส การคำนวณสามารถทำได้ในหน่วยองศาเซลเซียส แล้ว

ในกรณีนี้ จะได้ค่าอุณหภูมิ θ เป็นองศาเซลเซียส

ความเท่าเทียมกันของอุณหภูมิอันเป็นผลมาจากการนำความร้อนสามารถอธิบายได้บนพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุลเป็นการแลกเปลี่ยน พลังงานจลน์ระหว่างโมเลกุลเมื่อชนกันในกระบวนการเคลื่อนที่แบบโกลาหลด้วยความร้อน

ตัวอย่างนี้สามารถแสดงด้วยกราฟได้

>>ฟิสิกส์: การคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องการให้ความร้อนแก่ร่างกายและปล่อยออกมาระหว่างการทำความเย็น

ในการเรียนรู้วิธีคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกาย ก่อนอื่นเราต้องพิจารณาว่าปริมาณความร้อนนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณเท่าใด
จากย่อหน้าแรก เราทราบแล้วว่าปริมาณความร้อนนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ร่างกายประกอบด้วย (กล่าวคือ ความจุความร้อนจำเพาะ):
Q ขึ้นอยู่กับ c
แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด

หากเราต้องการต้มน้ำในกาต้มน้ำให้ร้อนขึ้นเท่านั้น เราจะไม่ให้ความร้อนนาน และเพื่อให้น้ำร้อนเราจะให้ความร้อนนานขึ้น แต่ยิ่งกาต้มน้ำสัมผัสกับเครื่องทำความร้อนนานเท่าไรก็ยิ่งได้รับความร้อนมากขึ้นเท่านั้น

ดังนั้นยิ่งอุณหภูมิของร่างกายเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการให้ความร้อนมากเท่าใด ความร้อนก็จะยิ่งถูกถ่ายเทมากขึ้นเท่านั้น

ให้อุณหภูมิเริ่มต้นของร่างกายเท่ากับ tini และอุณหภูมิสุดท้าย - tfin จากนั้นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของร่างกายจะแสดงด้วยความแตกต่าง:

ในที่สุด ทุกคนก็รู้ว่าเพื่อ เครื่องทำความร้อนตัวอย่างเช่น น้ำ 2 กก. ต้องใช้เวลา (และความร้อนมากกว่า) กว่าที่ใช้ในการให้ความร้อนกับน้ำ 1 กก. ซึ่งหมายความว่าปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำให้ร่างกายร้อนขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับมวลของร่างกายนั้น:

ดังนั้น ในการคำนวณปริมาณความร้อน คุณจำเป็นต้องทราบความจุความร้อนจำเพาะของสารที่สร้างร่างกาย มวลของร่างกายนี้ และความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิสุดท้ายและอุณหภูมิเริ่มต้น

ตัวอย่างเช่น กำหนดให้ต้องกำหนดว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนเหล็กที่มีมวล 5 กก. โดยมีเงื่อนไขว่าอุณหภูมิเริ่มต้นคือ 20 °C และอุณหภูมิสุดท้ายควรอยู่ที่ 620 °C

จากตารางที่ 8 เราพบว่าความจุความร้อนจำเพาะของเหล็กคือ c = 460 J/(kg°C) ซึ่งหมายความว่าต้องใช้ 460 J ในการอุ่นเตารีด 1 กก. โดย 1 °C
หากต้องการให้ความร้อนเหล็ก 5 กก. 1 ° C จะใช้เวลา 5 ครั้ง ปริมาณมากขึ้นความร้อน กล่าวคือ 460 จูล * 5 = 2300 จูล

ให้ความร้อนกับเตารีดไม่ใช่ 1 °C แต่โดย อา t \u003d 600 ° C ต้องการความร้อนอีก 600 เท่าเช่น 2300 J X 600 \u003d 1 380 000 J ปริมาณความร้อนเท่ากัน (โมดูโล) จะถูกปล่อยออกมาเมื่อเตารีดนี้เย็นลงจาก 620 ถึง 20 ° C

ดังนั้น ในการหาปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกายหรือปล่อยออกมาในระหว่างการทำความเย็น คุณต้องคูณความร้อนจำเพาะของร่างกายด้วยมวลและความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิสุดท้ายและอุณหภูมิเริ่มต้น:

??? 1. ยกตัวอย่างที่แสดงว่าปริมาณความร้อนที่ร่างกายได้รับเมื่อถูกทำให้ร้อนนั้นขึ้นอยู่กับมวลและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 2. โดยสูตรอะไรคือปริมาณความร้อนที่ต้องการให้ความร้อนแก่ร่างกายหรือปล่อยออกมาเมื่อไร ระบายความร้อน?

เอส.วี. Gromov, N.A. มาตุภูมิ ฟิสิกส์ ป.8

ส่งโดยผู้อ่านจากเว็บไซต์อินเทอร์เน็ต

การบ้านและคำตอบจากวิชาฟิสิกส์ตามชั้นเรียน, ดาวน์โหลดบทคัดย่อฟิสิกส์, วางแผนบทเรียนฟิสิกส์ ป. 8, ทุกอย่างสำหรับนักเรียนในการเตรียมตัวสำหรับบทเรียน, แผนการสอนในวิชาฟิสิกส์, การทดสอบฟิสิกส์ออนไลน์, การบ้านและการทำงาน

เนื้อหาบทเรียน สรุปบทเรียนสนับสนุนการนำเสนอบทเรียนกรอบวิธีการเร่งความเร็วเทคโนโลยีโต้ตอบ ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัด เวิร์คช็อป สอบด้วยตนเอง อบรม เคส เควส การบ้าน อภิปราย คำถาม วาทศิลป์ จากนักเรียน ภาพประกอบ เสียง คลิปวิดีโอ และมัลติมีเดียรูปถ่าย, รูปภาพกราฟิก, ตาราง, อารมณ์ขันแบบแผน, เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย, เรื่องตลก, อุปมาการ์ตูน, คำพูด, ปริศนาอักษรไขว้, คำพูด ส่วนเสริม บทคัดย่อชิปบทความสำหรับแผ่นโกงที่อยากรู้อยากเห็น ตำราพื้นฐานและคำศัพท์เพิ่มเติมอื่น ๆ การปรับปรุงตำราและบทเรียนแก้ไขข้อผิดพลาดในตำราเรียนการปรับปรุงชิ้นส่วนในตำราองค์ประกอบนวัตกรรมในบทเรียนแทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น บทเรียนที่สมบูรณ์แบบแผนปฏิทินประจำปี แนวทางโปรแกรมสนทนา บทเรียนแบบบูรณาการ

ความจุความร้อนคือ ปริมาณความร้อนที่ร่างกายดูดซึมเมื่อได้รับความร้อน 1 องศา

ความจุความร้อนของร่างกายแสดงด้วยตัวพิมพ์ใหญ่ อักษรละติน จาก.

อะไรเป็นตัวกำหนดความจุความร้อนของร่างกาย? ประการแรกจากมวลของมัน เป็นที่ชัดเจนว่าการให้ความร้อน เช่น น้ำ 1 กิโลกรัม จะต้องใช้ความร้อนมากกว่าการให้ความร้อน 200 กรัม

ชนิดของสาร? มาทำการทดลองกัน ลองเอาภาชนะที่เหมือนกันสองใบแล้วเทน้ำ 400 กรัมลงในอันใดอันหนึ่งและอีกอันหนึ่ง - น้ำมันพืชน้ำหนัก 400 กรัมเราจะเริ่มให้ความร้อนโดยใช้หัวเผาที่เหมือนกัน จากการสังเกตการอ่านเทอร์โมมิเตอร์เราจะเห็นว่าน้ำมันร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว หากต้องการให้น้ำร้อนและน้ำมันมีอุณหภูมิเท่ากัน จะต้องอุ่นน้ำให้นานขึ้น แต่ยิ่งเราให้ความร้อนกับน้ำนานเท่าไร ก็ยิ่งได้รับความร้อนจากเตามากขึ้นเท่านั้น

ดังนั้นในการให้ความร้อนมวลเดียวกันของสารต่าง ๆ ที่อุณหภูมิเท่ากันจึงต้องใช้ ปริมาณที่แตกต่างกันความอบอุ่น ปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกาย และด้วยเหตุนี้ ความจุความร้อนจึงขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ร่างกายนี้ประกอบขึ้นเป็นองค์ประกอบ

ตัวอย่างเช่น หากต้องการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 1 กก. ขึ้น 1°C ต้องใช้ปริมาณความร้อนเท่ากับ 4200 J และให้ความร้อนกับน้ำมันดอกทานตะวันมวลเดียวกัน 1°C ปริมาณความร้อนเท่ากับ 1700 ต้องใช้เจ

ปริมาณทางกายภาพที่แสดงว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการให้ความร้อนแก่สาร 1 กิโลกรัม คูณ 1 ºС เรียกว่า ความร้อนจำเพาะ สารนี้

สารแต่ละชนิดมีความจุความร้อนจำเพาะของตัวเอง ซึ่งเขียนแทนด้วยตัวอักษรละติน c และวัดเป็นจูลต่อกิโลกรัม-องศา (J / (กก. ° C))

ความจุความร้อนจำเพาะของสารเดียวกันในสถานะการรวมตัวต่างกัน (ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ) แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4200 J/(กก. ºС) และความจุความร้อนจำเพาะของน้ำแข็งคือ 2100 J/(กก. ºС); อลูมิเนียมในสถานะของแข็งมีความจุความร้อนจำเพาะ 920 J / (กก. - ° C) และในสถานะของเหลว - 1080 J / (กก. - ° C)

โปรดทราบว่าน้ำมีความจุความร้อนจำเพาะสูงมาก ดังนั้นน้ำในทะเลและมหาสมุทรที่ร้อนขึ้นในฤดูร้อนจึงดูดซับจากอากาศ จำนวนมากของความร้อน. ด้วยเหตุนี้ในสถานที่เหล่านั้นซึ่งตั้งอยู่ใกล้แหล่งน้ำขนาดใหญ่ ฤดูร้อนจึงไม่ร้อนเท่าในสถานที่ห่างไกลจากน้ำ

การคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องการให้ความร้อนแก่ร่างกายหรือปล่อยออกมาในระหว่างการทำความเย็น

จากที่กล่าวมาแล้ว เป็นที่ชัดเจนว่าปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกายนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ร่างกายประกอบด้วย (กล่าวคือ ความจุความร้อนจำเพาะของมัน) และกับมวลของร่างกาย เป็นที่ชัดเจนว่าปริมาณความร้อนนั้นขึ้นอยู่กับว่าเราจะเพิ่มอุณหภูมิร่างกายกี่องศา

ดังนั้น ในการกำหนดปริมาณความร้อนที่ต้องการเพื่อให้ความร้อนแก่ร่างกายหรือปล่อยออกมาในระหว่างการทำความเย็น คุณต้องคูณความร้อนจำเพาะของร่างกายด้วยมวลและความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิสุดท้ายและอุณหภูมิเริ่มต้น:

Q= ซม (เสื้อ 2 -เสื้อ 1),

ที่ไหน Q- ปริมาณความร้อน ค- ความจุความร้อนจำเพาะ ม- มวลร่างกาย, t1- อุณหภูมิเริ่มต้น t2- อุณหภูมิสุดท้าย

เมื่อร่างกายได้รับความร้อน t2> t1และด้วยเหตุนี้ Q >0 . เมื่อร่างกายเย็นลง t 2และ< t1และด้วยเหตุนี้ Q< 0 .

ถ้าทราบความจุความร้อนของทั้งร่างกาย จาก, Qถูกกำหนดโดยสูตร: Q \u003d C (เสื้อ 2 - ต1).

22) การหลอม: คำจำกัดความ, การคำนวณปริมาณความร้อนสำหรับการหลอมหรือการแข็งตัว, ความร้อนจำเพาะของการหลอมเหลว, กราฟของ t 0 (Q)

อุณหพลศาสตร์

บท ฟิสิกส์โมเลกุลซึ่งศึกษาการถ่ายเทพลังงาน รูปแบบของการเปลี่ยนแปลงพลังงานบางประเภทไปเป็นพลังงานอื่น เทอร์โมไดนามิกส์ไม่ได้คำนึงถึงโครงสร้างภายในของสารและไมโครพารามิเตอร์ต่างจากทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์

ระบบอุณหพลศาสตร์

เป็นการรวมตัวของกายที่แลกเปลี่ยนพลังงาน(ในรูปของงานหรือความร้อน) กันหรือกับ สิ่งแวดล้อม. ตัวอย่างเช่น น้ำในกาน้ำชาเย็นลง การแลกเปลี่ยนความร้อนของน้ำกับกาน้ำชา และกาน้ำชากับสิ่งแวดล้อมเกิดขึ้น กระบอกสูบที่มีแก๊สอยู่ใต้ลูกสูบ: ลูกสูบทำงานซึ่งเป็นผลมาจากการที่แก๊สได้รับพลังงานและพารามิเตอร์มาโครจะเปลี่ยนไป

ปริมาณความร้อน

มัน พลังงานซึ่งได้รับหรือให้โดยระบบในกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน แสดงด้วยสัญลักษณ์ Q ซึ่งวัดได้เช่นเดียวกับพลังงานใด ๆ ในจูล

เป็นผลมาจากกระบวนการถ่ายเทความร้อนต่างๆ พลังงานที่ถ่ายเทจะถูกกำหนดด้วยวิธีของมันเอง

เครื่องทำความร้อนและความเย็น

กระบวนการนี้มีลักษณะเฉพาะโดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของระบบ ปริมาณความร้อนถูกกำหนดโดยสูตร

ความจุความร้อนจำเพาะของสารที่มีวัดจากปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้ร้อนขึ้น หน่วยมวลของสารนี้โดย 1K ให้ความร้อนแก้ว 1 กก. หรือน้ำ 1 กก. ปริมาณต่างกันพลังงาน. ความจุความร้อนจำเพาะเป็นค่าที่ทราบแล้วซึ่งคำนวณแล้วสำหรับสารทั้งหมด ดูค่าในตารางทางกายภาพ

ความจุความร้อนของสาร C- นี่คือปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกายโดยไม่คำนึงถึงมวลของมัน 1K

การหลอมเหลวและการตกผลึก

การหลอมเหลวคือการเปลี่ยนแปลงของสารจากสถานะของแข็งเป็นของเหลว การเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับเรียกว่าการตกผลึก

พลังงานที่ใช้ในการทำลายโครงผลึกของสารถูกกำหนดโดยสูตร

ความร้อนจำเพาะของการหลอมรวมเป็นค่าที่ทราบสำหรับสารแต่ละชนิด ดูค่าในตารางทางกายภาพ

การกลายเป็นไอ (ระเหยหรือเดือด) และการควบแน่น

การกลายเป็นไอคือการเปลี่ยนสถานะของสารจากสถานะของเหลว (ของแข็ง) ไปเป็นสถานะก๊าซ กระบวนการย้อนกลับเรียกว่าการควบแน่น

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอเป็นค่าที่ทราบสำหรับสารแต่ละชนิด ดูค่าในตารางทางกายภาพ

การเผาไหม้

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อสารเผาไหม้

ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้เป็นค่าที่ทราบสำหรับสารแต่ละชนิด ดูค่าในตารางทางกายภาพ

สำหรับระบบของร่างกายที่ปิดและแยกได้แบบอะเดียแบติก สมการสมดุลความร้อนเป็นที่พอใจ ผลรวมเชิงพีชคณิตของปริมาณความร้อนที่ให้และรับโดยร่างกายทั้งหมดที่เข้าร่วมในการแลกเปลี่ยนความร้อนมีค่าเท่ากับศูนย์:

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

23) โครงสร้างของของเหลว ชั้นผิว แรงตึงผิว: ตัวอย่างการรวมตัว การคำนวณ ค่าสัมประสิทธิ์แรงตึงผิว

ในบางครั้ง โมเลกุลใดๆ สามารถเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งว่างที่อยู่ติดกันได้ การกระโดดของของเหลวดังกล่าวเกิดขึ้นค่อนข้างบ่อย ดังนั้น โมเลกุลจึงไม่ผูกติดอยู่กับจุดศูนย์กลางบางจุด เช่นเดียวกับในผลึก และสามารถเคลื่อนที่ได้ทั่วทั้งปริมาตรของของเหลว สิ่งนี้อธิบายความลื่นไหลของของเหลว เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างโมเลกุลที่เว้นระยะห่างอย่างใกล้ชิด พวกมันจึงสามารถสร้างกลุ่มที่ได้รับคำสั่งเฉพาะ (ไม่เสถียร) ที่มีโมเลกุลหลายตัว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า คำสั่งระยะสั้น(รูปที่ 3.5.1).

สัมประสิทธิ์ β เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิการขยายเสียง . ค่าสัมประสิทธิ์สำหรับของเหลวนี้มากกว่าของแข็งถึงสิบเท่า ตัวอย่างเช่นสำหรับน้ำที่อุณหภูมิ 20 ° C β ใน ≈ 2 10 - 4 K - 1 สำหรับเหล็ก β st ≈ 3.6 10 - 5 K - 1 สำหรับแก้วควอตซ์ β kv ≈ 9 10 - 6 K - หนึ่ง .

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

เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง มันจะขยายตัว ดังนั้นน้ำแข็งจึงยังคงลอยอยู่บนผิวน้ำที่เป็นน้ำแข็ง อุณหภูมิของน้ำเยือกแข็งภายใต้น้ำแข็งคือ 0 องศาเซลเซียส ในชั้นน้ำที่หนาแน่นกว่าบริเวณก้นอ่างเก็บน้ำ อุณหภูมิจะอยู่ที่ประมาณ 4 °C ด้วยเหตุนี้ชีวิตจึงสามารถดำรงอยู่ในแหล่งน้ำที่เป็นน้ำแข็งได้

ที่สุด คุณสมบัติที่น่าสนใจของเหลวคือการมีอยู่ พื้นผิวฟรี . ของเหลวซึ่งแตกต่างจากก๊าซไม่เติมปริมาตรทั้งหมดของภาชนะที่เทลงไป การเชื่อมต่อเกิดขึ้นระหว่างของเหลวกับก๊าซ (หรือไอ) ซึ่งอยู่ใน เงื่อนไขพิเศษเมื่อเทียบกับมวลของเหลวที่เหลือ โปรดทราบว่า เนื่องจากการอัดตัวที่ต่ำมาก การปรากฏตัวของชั้นผิวที่อัดแน่นมากขึ้นจึงไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ ที่เห็นได้ชัดเจนในปริมาตรของของเหลว หากโมเลกุลเคลื่อนที่จากพื้นผิวไปสู่ของเหลว แรงของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะทำงานในเชิงบวก ในทางตรงกันข้าม เพื่อดึงโมเลกุลจำนวนหนึ่งจากความลึกของของเหลวไปยังพื้นผิว (กล่าวคือ เพิ่มพื้นที่ผิวของของเหลว) แรงภายนอกจะต้องทำงานในเชิงบวก Δ อาภายนอก, สัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลง Δ สพื้นที่ผิว:

เป็นที่ทราบกันดีจากกลศาสตร์ว่าสภาวะสมดุลของระบบสอดคล้องกับค่าต่ำสุดของพลังงานศักย์ของระบบ ตามมาด้วยพื้นผิวที่ว่างของของเหลวมีแนวโน้มที่จะลดพื้นที่ลง ด้วยเหตุผลนี้ ของเหลวหยดหนึ่งจึงกลายเป็นทรงกลม ของไหลมีพฤติกรรมราวกับว่ากำลังกระทำการสัมผัสกับพื้นผิวของมัน โดยลด (หดตัว) พื้นผิวนี้ กองกำลังเหล่านี้เรียกว่า แรงตึงผิว .

การปรากฏตัวของแรงตึงผิวทำให้พื้นผิวของเหลวดูเหมือนฟิล์มยืดแบบยืดหยุ่น โดยมีความแตกต่างเพียงอย่างเดียวที่แรงยืดหยุ่นในฟิล์มขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของมัน (กล่าวคือ การเสียรูปของฟิล์ม) และแรงตึงผิว ไม่ต้องพึ่งบนพื้นที่ผิวของของเหลว

ของเหลวบางชนิด เช่น น้ำสบู่ สามารถสร้างฟิล์มบางได้ ฟองสบู่ที่รู้จักกันดีทั้งหมดมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่ถูกต้อง ซึ่งแสดงถึงการกระทำของแรงตึงผิวด้วย หากวางโครงลวดลงในสารละลายสบู่ซึ่งด้านใดด้านหนึ่งสามารถเคลื่อนย้ายได้จากนั้นทั้งหมดจะถูกปกคลุมด้วยฟิล์มของเหลว (รูปที่ 3.5.3)

แรงตึงผิวมักจะทำให้พื้นผิวของฟิล์มสั้นลง ในการปรับสมดุลด้านที่เคลื่อนย้ายได้ของเฟรม คุณต้องติดเข้ากับมัน แรงภายนอกถ้าภายใต้การกระทำของแรง คานขวางเคลื่อนที่ Δ xแล้วงาน Δ อาต่อ = Fต่อ Δ x = Δ Ep = σΔ สที่ไหน ∆ ส = 2หลี่Δ xคือการเพิ่มพื้นที่ผิวของฟิล์มสบู่ทั้งสองด้าน เนื่องจากโมดูลิของแรงและมีค่าเท่ากัน เราสามารถเขียนได้ว่า:

ดังนั้นสัมประสิทธิ์แรงตึงผิว σ สามารถกำหนดเป็น โมดูลัสของแรงตึงผิวที่กระทำต่อหน่วยความยาวของเส้นที่ล้อมรอบพื้นผิว.

เนื่องจากการกระทำของแรงตึงผิวในหยดของเหลวและภายใน ฟองสบู่แรงดันเกินเกิดขึ้น Δ พี. หากจิตใจเราตัดรัศมีหยดทรงกลม Rออกเป็นสองส่วน จากนั้นแต่ละส่วนจะต้องอยู่ในสภาวะสมดุลภายใต้การกระทำของแรงตึงผิวที่ใช้กับขอบของรอยตัดที่มีความยาว 2π Rและแรงดันเกินที่กระทำต่อพื้นที่ π R 2 ส่วน (รูปที่ 3.5.4) เงื่อนไขดุลยภาพเขียนเป็น

หากแรงเหล่านี้มากกว่าแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของของเหลวเอง แสดงว่าของเหลว เปียกพื้นผิว ร่างกายที่แข็งแรง. ในกรณีนี้ ของเหลวเข้าใกล้พื้นผิวของของแข็งภายใต้บางส่วน มุมแหลมθ ลักษณะเฉพาะของของเหลว - ของแข็งที่กำหนด มุม θ เรียกว่า มุมสัมผัส . หากแรงปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของเหลวเกินแรงของปฏิกิริยากับโมเลกุลที่เป็นของแข็ง มุมสัมผัส θ จะกลายเป็นป้าน (รูปที่ 3.5.5) ในกรณีนี้ ของเหลวเรียกว่า ไม่เปียกพื้นผิวของร่างกายที่เป็นของแข็ง ที่ เปียกอย่างสมบูรณ์θ = 0, ที่ สมบูรณ์ไม่เปียกθ = 180°

ปรากฏการณ์เส้นเลือดฝอยเรียกว่าการขึ้นหรือลงของของไหลในท่อขนาดเล็กเส้นผ่านศูนย์กลาง - เส้นเลือดฝอย. ของเหลวที่เปียกจะลอยขึ้นมาทางเส้นเลือดฝอย ของเหลวที่ไม่เปียกจะไหลลงมา

ในรูป 3.5.6 แสดงหลอดเส้นเลือดฝอยของรัศมีที่กำหนด rลดลงโดยปลายล่างเป็นของเหลวเปียกที่มีความหนาแน่น ρ ปลายด้านบนของเส้นเลือดฝอยเปิดอยู่ การเพิ่มขึ้นของของเหลวในเส้นเลือดฝอยจะดำเนินต่อไปจนกว่าแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อคอลัมน์ของเหลวในเส้นเลือดฝอยจะเท่ากับค่าสัมบูรณ์กับผลลัพธ์ F n แรงตึงผิวที่กระทำตามขอบเขตการสัมผัสของของเหลวกับพื้นผิวของเส้นเลือดฝอย: Fเสื้อ = F n ที่ไหน Fเสื้อ = มก. = ρ ชม.π r 2 ก, F n = σ2π rคอส θ.

นี่หมายความว่า:

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

น้ำเกือบทำให้พื้นผิวกระจกสะอาดเปียกจนหมด ในทางกลับกัน ปรอทไม่ได้ทำให้พื้นผิวกระจกเปียกจนหมด ดังนั้นระดับปรอทในเส้นเลือดฝอยแก้วจึงลดลงต่ำกว่าระดับในภาชนะ

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

การระเหยและการควบแน่น คำอธิบายปรากฏการณ์การระเหยตามแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุลของสสาร ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ หน่วยของเธอ

ปรากฏการณ์ของของเหลวกลายเป็นไอเรียกว่า การกลายเป็นไอ

การระเหย - กระบวนการกลายเป็นไอที่เกิดขึ้นจากพื้นผิวเปิด

โมเลกุลในของเหลวเคลื่อนที่ด้วย ความเร็วต่างกัน. หากโมเลกุลใดอยู่ที่พื้นผิวของของเหลว ก็สามารถเอาชนะแรงดึงดูดของโมเลกุลข้างเคียงและบินออกจากของเหลวได้ โมเลกุลที่หลุดออกมาก่อตัวเป็นไอ ความเร็วของโมเลกุลของเหลวที่เหลือจะเปลี่ยนไปตามการชน ในกรณีนี้ โมเลกุลบางตัวจะมีความเร็วเพียงพอที่จะบินออกจากของเหลว กระบวนการนี้ดำเนินต่อไป ดังนั้นของเหลวจึงระเหยอย่างช้าๆ

*อัตราการระเหยขึ้นอยู่กับชนิดของของเหลว ของเหลวเหล่านั้นจะระเหยเร็วขึ้น ซึ่งโมเลกุลจะถูกดึงดูดด้วยแรงที่น้อยกว่า

*การระเหยอาจเกิดขึ้นได้ทุกอุณหภูมิ แต่ที่ อุณหภูมิสูงการระเหยเร็วขึ้น .

*อัตราการระเหยขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิว

*ด้วยลม (การไหลของอากาศ) การระเหยจะเกิดขึ้นเร็วขึ้น

ในระหว่างการระเหยพลังงานภายในจะลดลงเพราะ เมื่อของเหลวระเหยออก โมเลกุลเร็วก็จะหลุดออกมา ดังนั้น ความเร็วเฉลี่ยโมเลกุลอื่นลดลง ซึ่งหมายความว่าหากไม่มีการไหลเข้าของพลังงานจากภายนอก อุณหภูมิของของเหลวจะลดลง

ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนไอเป็นของเหลวเรียกว่า การควบแน่น มันมาพร้อมกับการปล่อยพลังงาน

การควบแน่นของไออธิบายการก่อตัวของเมฆ ไอน้ำที่ลอยขึ้นเหนือพื้นดินก่อตัวเป็นเมฆในชั้นอากาศเย็นตอนบน ซึ่งประกอบด้วยหยดน้ำเล็กๆ

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ - ทางกายภาพ. ปริมาณที่ระบุว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการเปลี่ยนของเหลวมวล 1 กิโลกรัมให้เป็นไอโดยไม่ทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

อู๊ด. ความร้อนของการกลายเป็นไอ แสดงด้วยตัวอักษร L และวัดเป็น J / kg

อู๊ด. ความร้อนจากการระเหยของน้ำ: L=2.3×10 6 J/kg, แอลกอฮอล์ L=0.9×10 6

ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอน้ำ: Q = Lm

ในการเรียนรู้วิธีคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกาย ก่อนอื่นเราต้องพิจารณาว่าปริมาณความร้อนนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณเท่าใด

จากย่อหน้าแรก เราทราบแล้วว่าปริมาณความร้อนนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่ร่างกายประกอบด้วย (กล่าวคือ ความจุความร้อนจำเพาะ):

Q ขึ้นอยู่กับ c

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด

หากเราต้องการต้มน้ำในกาต้มน้ำให้ร้อนขึ้นเท่านั้น เราจะไม่ให้ความร้อนนาน และเพื่อให้น้ำร้อนเราจะให้ความร้อนนานขึ้น แต่ยิ่งกาต้มน้ำสัมผัสกับเครื่องทำความร้อนนานเท่าไรก็ยิ่งได้รับความร้อนมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นยิ่งอุณหภูมิของร่างกายเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการให้ความร้อนมากเท่าใด ความร้อนก็จะยิ่งถูกถ่ายเทมากขึ้นเท่านั้น

ให้อุณหภูมิเริ่มต้นของร่างกายเท่ากับ t เริ่มต้น และอุณหภูมิสุดท้าย - t สุดท้าย จากนั้นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของร่างกายจะแสดงด้วยความแตกต่าง

Δt = t สิ้นสุด - t เริ่ม

และปริมาณความร้อนจะขึ้นอยู่กับค่านี้:

Q ขึ้นอยู่กับ Δt

ในที่สุด ทุกคนรู้ดีว่าการให้ความร้อน เช่น น้ำ 2 กก. ต้องใช้เวลา (และความร้อนมากกว่า) มากกว่าการให้ความร้อนกับน้ำ 1 กก. ซึ่งหมายความว่าปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำให้ร่างกายร้อนขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับมวลของร่างกายนั้น:

Q ขึ้นอยู่กับม.

ดังนั้น ในการคำนวณปริมาณความร้อน คุณจำเป็นต้องทราบความจุความร้อนจำเพาะของสารที่สร้างร่างกาย มวลของร่างกายนี้ และความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิสุดท้ายและอุณหภูมิเริ่มต้น

ตัวอย่างเช่น กำหนดให้ต้องกำหนดว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนเหล็กที่มีมวล 5 กก. โดยมีเงื่อนไขว่าอุณหภูมิเริ่มต้นคือ 20 °C และอุณหภูมิสุดท้ายควรอยู่ที่ 620 °C

จากตารางที่ 8 เราพบว่าความจุความร้อนจำเพาะของเหล็กคือ c = 460 J/(kg*°C) ซึ่งหมายความว่าต้องใช้ 460 J ในการอุ่นเตารีด 1 กก. โดย 1 °C

หากต้องการให้ความร้อนกับเหล็ก 5 กก. ที่ 1 ° C ต้องใช้ความร้อนเพิ่มขึ้น 5 เท่าเช่น 460 J * 5 \u003d 2300 J.

ในการให้ความร้อนแก่เตารีดไม่ใช่ 1 °C แต่โดย Δt = 600 °C จะต้องใช้ความร้อนเพิ่มขึ้นอีก 600 เท่า นั่นคือ 2300 J * 600 = 1,380,000 J ปริมาณความร้อนเท่ากัน (โมดูโล) จะถูกปล่อยออกมาและเมื่อเป็นเช่นนี้ เตารีดถูกทำให้เย็นลงจาก 620 ถึง 20 °C

ดังนั้น, ในการหาปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกายหรือปล่อยออกมาในระหว่างการทำความเย็น คุณต้องคูณความร้อนจำเพาะของร่างกายด้วยมวลและความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิสุดท้ายและอุณหภูมิเริ่มต้น:

เมื่อร่างกายได้รับความร้อน tcon > tini ดังนั้น Q > 0 เมื่อร่างกายเย็นลง tcon< t нач и, следовательно, Q < 0.

1. ยกตัวอย่างที่แสดงว่าปริมาณความร้อนที่ร่างกายได้รับเมื่อถูกทำให้ร้อนนั้นขึ้นอยู่กับมวลและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 2. สูตรใดที่ใช้ในการคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องการให้ความร้อนแก่ร่างกายหรือปล่อยออกมาในระหว่างการทำความเย็น?

แนวคิดของปริมาณความร้อนเกิดขึ้นในช่วงแรกของการพัฒนาฟิสิกส์สมัยใหม่เมื่อไม่มีแนวคิดที่ชัดเจนเกี่ยวกับ โครงสร้างภายในเกี่ยวกับพลังงานคืออะไร เกี่ยวกับรูปแบบของพลังงานที่มีอยู่ในธรรมชาติและเกี่ยวกับพลังงานในรูปแบบของการเคลื่อนไหวและการเปลี่ยนแปลงของสสาร

ปริมาณความร้อนเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นปริมาณทางกายภาพที่เทียบเท่ากับพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังตัววัสดุในกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน

หน่วยปริมาณความร้อนที่ล้าสมัยคือแคลอรี่เท่ากับ 4.2 J วันนี้หน่วยนี้ไม่ได้ใช้งานจริงและจูลก็เข้ามาแทนที่

ในขั้นต้น สันนิษฐานว่าพาหะของพลังงานความร้อนคือตัวกลางที่ไม่มีน้ำหนักอย่างสมบูรณ์ซึ่งมีคุณสมบัติของของเหลว ปัญหาทางกายภาพจำนวนมากของการถ่ายเทความร้อนได้รับและยังคงได้รับการแก้ไขตามสมมติฐานนี้ การมีอยู่ของแคลอรี่สมมุติฐานถูกนำมาใช้เป็นพื้นฐานสำหรับโครงสร้างที่ถูกต้องตามหลักหลายประการ เชื่อกันว่าแคลอรี่ถูกปลดปล่อยและดูดซับในปรากฏการณ์ของความร้อนและความเย็น การหลอมเหลวและการตกผลึก สมการที่ถูกต้องสำหรับกระบวนการถ่ายเทความร้อนได้มาจากแนวคิดทางกายภาพที่ไม่ถูกต้อง มีกฎที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าปริมาณความร้อนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของร่างกายที่เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนความร้อนและการไล่ระดับอุณหภูมิ:

โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน m คือมวลของร่างกายและค่าสัมประสิทธิ์ กับ- ปริมาณที่เรียกว่าความจุความร้อนจำเพาะ ความจุความร้อนจำเพาะเป็นลักษณะของสารที่เกี่ยวข้องในกระบวนการ

ทำงานในอุณหพลศาสตร์

อันเป็นผลมาจากกระบวนการทางความร้อนทำให้สามารถทำงานทางกลได้อย่างหมดจด ตัวอย่างเช่น เมื่อถูกความร้อน ก๊าซจะเพิ่มปริมาตร ลองใช้สถานการณ์ดังรูปด้านล่าง:

ในกรณีนี้ งานทางกลจะเท่ากับแรงดันแก๊สบนลูกสูบคูณด้วยเส้นทางที่ลูกสูบเคลื่อนที่ภายใต้แรงดัน แน่นอนว่านี่เป็นกรณีที่ง่ายที่สุด แต่แม้ในนั้นเราสามารถสังเกตเห็นความยากลำบากอย่างหนึ่ง: แรงดันจะขึ้นอยู่กับปริมาตรของก๊าซซึ่งหมายความว่าเราไม่ได้จัดการกับค่าคงที่ แต่ด้วย ตัวแปร. เนื่องจากตัวแปรทั้งสาม: ความดัน อุณหภูมิ และปริมาตรสัมพันธ์กัน การคำนวณงานจึงซับซ้อนกว่ามาก มีกระบวนการในอุดมคติบางอย่างที่ช้าอย่างไม่สิ้นสุด ได้แก่ ไอโซบาริก ไอโซเทอร์มอล อะเดียแบติก และไอโซโคริก ซึ่งการคำนวณดังกล่าวสามารถทำได้ค่อนข้างง่าย พล็อตของแรงดันเทียบกับปริมาตรถูกพล็อต และงานถูกคำนวณเป็นอินทิกรัลของแบบฟอร์ม