Sasia e nxehtësisë. Njësitë e sasisë së nxehtësisë
Kapaciteti i nxehtësisë- kjo është sasia e nxehtësisë që thith një trup kur nxehet me 1 gradë.
Kapaciteti termik i një trupi tregohet me një shkronjë të madhe latine ME.
Nga çfarë varet kapaciteti i nxehtësisë i një trupi? Para së gjithash, nga masa e tij. Është e qartë se ngrohja, për shembull, 1 kilogram ujë do të kërkojë më shumë nxehtësi sesa ngrohja e 200 gram.
Po lloji i substancës? Le të bëjmë një eksperiment. Le të marrim dy enë identike dhe, pasi të kemi derdhur ujë me peshë 400 g në njërën prej tyre, dhe vaj vegjetal me peshë 400 g në tjetrën, do të fillojmë t'i ngrohim ato duke përdorur djegës identikë. Duke vëzhguar leximet e termometrit, do të shohim që vaji nxehet shpejt. Për të ngrohur ujin dhe vajin në të njëjtën temperaturë, uji duhet të nxehet më gjatë. Por sa më gjatë ta ngrohim ujin, aq më shumë nxehtësi merr nga djegësi.
Kështu, nevojiten sasi të ndryshme nxehtësie për të ngrohur të njëjtën masë të substancave të ndryshme në të njëjtën temperaturë. Sasia e nxehtësisë e nevojshme për të ngrohur një trup dhe, për rrjedhojë, kapaciteti i tij i nxehtësisë varet nga lloji i substancës nga e cila përbëhet trupi.
Kështu, për shembull, për të rritur temperaturën e ujit që peshon 1 kg me 1°C, kërkohet një sasi nxehtësie e barabartë me 4200 J dhe për të ngrohur të njëjtën masë vaji luledielli me 1°C, një sasi nxehtësie e barabartë me Kërkohet 1700 J.
Një sasi fizike që tregon se sa nxehtësi nevojitet për të ngrohur 1 kg të një lënde me 1 ºС quhet kapaciteti specifik i nxehtësisë të kësaj substance.
Çdo substancë ka kapacitetin e vet specifik të nxehtësisë, e cila shënohet me shkronjën latine c dhe matet në xhaul për kilogram shkallë (J/(kg °C)).
Kapaciteti specifik i nxehtësisë i së njëjtës substancë në gjendje të ndryshme grumbullimi (të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë) është i ndryshëm. Për shembull, kapaciteti termik specifik i ujit është 4200 J/(kg °C), dhe kapaciteti specifik i nxehtësisë së akullit është 2100 J/(kg °C); alumini në gjendje të ngurtë ka një kapacitet termik specifik prej 920 J/(kg - °C), dhe në gjendje të lëngët - 1080 J/(kg - °C).
Vini re se uji ka një kapacitet specifik të nxehtësisë shumë të lartë. Prandaj, uji në dete dhe oqeane, duke u ngrohur gjatë verës, thith një sasi të madhe nxehtësie nga ajri. Falë kësaj, në ato vende që ndodhen pranë trupave të mëdhenj të ujit, vera nuk është aq e nxehtë sa në vendet larg ujit.
Llogaritja e sasisë së nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur një trup ose që lëshohet prej tij gjatë ftohjes.
Nga sa më sipër është e qartë se sasia e nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur një trup varet nga lloji i substancës nga i cili përbëhet trupi (d.m.th., kapaciteti i tij specifik i nxehtësisë) dhe nga masa e trupit. Është gjithashtu e qartë se sasia e nxehtësisë varet nga sa gradë do të rrisim temperaturën e trupit.
Pra, për të përcaktuar sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur një trup ose të lëshuar prej tij gjatë ftohjes, duhet të shumëzoni kapacitetin specifik të nxehtësisë së trupit me masën e tij dhe me diferencën midis temperaturave të tij përfundimtare dhe fillestare:
P= cm (t 2 -t 1),
Ku P- sasia e nxehtësisë, c- Kapaciteti specifik i nxehtësisë, m- masa trupore, t 1- temperatura fillestare, t 2- temperatura përfundimtare.
Kur trupi nxehet t 2> t 1 dhe për këtë arsye P >0 . Kur trupi ftohet t 2i< t 1 dhe për këtë arsye P< 0 .
Nëse dihet kapaciteti termik i të gjithë trupit ME, P përcaktohet nga formula: Q = C (t 2 - t 1).
22) Shkrirja: përcaktimi, llogaritja e sasisë së nxehtësisë për shkrirje ose ngurtësim, nxehtësia specifike e shkrirjes, grafiku i t 0 (Q).
Termodinamika
Një degë e fizikës molekulare që studion transferimin e energjisë, modelet e shndërrimit të një lloji energjie në një tjetër. Ndryshe nga teoria kinetike molekulare, termodinamika nuk merr parasysh strukturën e brendshme të substancave dhe mikroparametrave.
Sistemi termodinamik
Është një koleksion trupash që shkëmbejnë energji (në formë pune ose nxehtësie) me njëri-tjetrin ose me mjedisin. Për shembull, uji në kazan ftohet dhe nxehtësia shkëmbehet midis ujit dhe kazanit dhe nxehtësia e kazanit me mjedisin. Një cilindër me gaz nën piston: pistoni kryen punë, si rezultat i së cilës gazi merr energji dhe makroparametrat e tij ndryshojnë.
Sasia e nxehtësisë
Kjo energji, të cilat sistemi i merr ose i lëshon gjatë procesit të shkëmbimit të nxehtësisë. E shënuar me simbolin Q, ajo matet, si çdo energji, në Joules.
Si rezultat i proceseve të ndryshme të shkëmbimit të nxehtësisë, energjia që transferohet përcaktohet në mënyrën e vet.
Ngrohje dhe ftohje
Ky proces karakterizohet nga një ndryshim në temperaturën e sistemit. Sasia e nxehtësisë përcaktohet nga formula
Kapaciteti specifik termik i një lënde me matet me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për t'u ngrohur njësitë e masës të kësaj lënde me 1K. Ngrohja e 1 kg gotë ose 1 kg ujë kërkon sasi të ndryshme energjie. Kapaciteti specifik i nxehtësisë është një sasi e njohur, tashmë e llogaritur për të gjitha substancat, shih vlerën në tabelat fizike.
Kapaciteti termik i substancës C- kjo është sasia e nxehtësisë që është e nevojshme për të ngrohur një trup pa marrë parasysh masën e tij me 1K.
Shkrirja dhe kristalizimi
Shkrirja është kalimi i një lënde nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të lëngshme. Tranzicioni i kundërt quhet kristalizimi.
Energjia që shpenzohet për shkatërrimin e rrjetës kristalore të një substance përcaktohet nga formula
Nxehtësia specifike e shkrirjes është një vlerë e njohur për secilën substancë, shih vlerën në tabelat fizike.
Avullimi (avullim ose zierje) dhe kondensimi
Avullimi është kalimi i një lënde nga një gjendje e lëngshme (e ngurtë) në një gjendje të gaztë. Procesi i kundërt quhet kondensim.
Nxehtësia specifike e avullimit është një vlerë e njohur për secilën substancë, shih vlerën në tabelat fizike.
Djegje
Sasia e nxehtësisë që çlirohet kur një substancë digjet
Nxehtësia specifike e djegies është një vlerë e njohur për secilën substancë, shih vlerën në tabelat fizike.
Për një sistem trupash të mbyllur dhe të izoluar adiabatikisht, ekuacioni i balancës së nxehtësisë plotësohet. Shuma algjebrike e sasive të nxehtësisë së dhënë dhe marrë nga të gjithë trupat që marrin pjesë në shkëmbimin e nxehtësisë është e barabartë me zero:
Q 1 +Q 2 +...+Q n =0
23) Struktura e lëngjeve. Shtresa sipërfaqësore. Forca e tensionit sipërfaqësor: shembuj të manifestimit, llogaritja, koeficienti i tensionit sipërfaqësor.
Herë pas here, çdo molekulë mund të lëvizë në një vend të lirë aty pranë. Kërcimet e tilla në lëngje ndodhin mjaft shpesh; prandaj, molekulat nuk janë të lidhura me qendra specifike, si te kristalet, dhe mund të lëvizin në të gjithë vëllimin e lëngut. Kjo shpjegon rrjedhshmërinë e lëngjeve. Për shkak të ndërveprimit të fortë midis molekulave të vendosura afër, ato mund të formojnë grupe të renditura lokale (të paqëndrueshme) që përmbajnë disa molekula. Ky fenomen quhet rendit të ngushtë(Fig. 3.5.1).
Koeficienti β quhet koeficienti i temperaturës së zgjerimit vëllimor . Ky koeficient për lëngjet është dhjetëra herë më i madh se për lëndët e ngurta. Për ujin, për shembull, në një temperaturë prej 20 °C β në ≈ 2 10 – 4 K – 1, për çelikun β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, për xhamin kuarci β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .
Zgjerimi termik i ujit ka një anomali interesante dhe të rëndësishme për jetën në Tokë. Në temperaturat nën 4 °C, uji zgjerohet me uljen e temperaturës (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Kur uji ngrin, ai zgjerohet, kështu që akulli mbetet duke lundruar në sipërfaqen e një trupi uji të ngrirë. Temperatura e ujit të ngrirë nën akull është 0 °C. Në shtresat më të dendura të ujit në fund të rezervuarit, temperatura është rreth 4 °C. Falë kësaj, jeta mund të ekzistojë në ujin e rezervuarëve të ngrirjes.
Karakteristika më interesante e lëngjeve është prania sipërfaqe e lirë . Lëngu, ndryshe nga gazrat, nuk mbush të gjithë vëllimin e enës në të cilën derdhet. Ndërmjet lëngut dhe gazit (ose avullit) formohet një ndërfaqe, e cila është në kushte të veçanta në krahasim me pjesën tjetër të lëngut. Duhet të kihet parasysh se për shkak të kompresueshmërisë jashtëzakonisht të ulët, prania e një shtrese sipërfaqësore më të dendur. nuk çon në ndonjë ndryshim të dukshëm në vëllimin e lëngut. Nëse një molekulë lëviz nga sipërfaqja në lëng, forcat e bashkëveprimit ndërmolekular do të bëjnë punë pozitive. Përkundrazi, për të tërhequr një numër të caktuar molekulash nga thellësia e lëngut në sipërfaqe (d.m.th., të rritet sipërfaqja e lëngut), forcat e jashtme duhet të kryejnë punë pozitive Δ. A e jashtme, proporcionale me ndryshimin Δ S sipërfaqja:
Nga mekanika dihet se gjendjet e ekuilibrit të një sistemi korrespondojnë me vlerën minimale të energjisë së tij potenciale. Nga kjo rrjedh se sipërfaqja e lirë e lëngut tenton të zvogëlojë sipërfaqen e saj. Për këtë arsye, një pikë e lirë e lëngut merr një formë sferike. Lëngu sillet sikur forcat që veprojnë tangjencialisht në sipërfaqen e tij po e kontraktojnë (tërheqin) këtë sipërfaqe. Këto forca quhen forcat e tensionit sipërfaqësor .
Prania e forcave të tensionit sipërfaqësor e bën sipërfaqen e një lëngu të duket si një film elastik i shtrirë, me të vetmin ndryshim që forcat elastike në film varen nga sipërfaqja e tij (d.m.th. nga mënyra se si filmi deformohet) dhe tensioni sipërfaqësor. forcat nuk varen në sipërfaqen e lëngut.
Disa lëngje, si uji me sapun, kanë aftësinë të formojnë filma të hollë. Flluskat e njohura të sapunit kanë një formë të rregullt sferike - kjo tregon gjithashtu efektin e forcave të tensionit sipërfaqësor. Nëse një kornizë teli, njëra nga anët e së cilës është e lëvizshme, ulet në një zgjidhje sapuni, atëherë e gjithë korniza do të mbulohet me një film lëngu (Fig. 3.5.3).
Forcat e tensionit sipërfaqësor priren të zvogëlojnë sipërfaqen e filmit. Për të balancuar anën e lëvizshme të kornizës, duhet të aplikohet një forcë e jashtme nëse, nën ndikimin e forcës, shiriti lëviz me Δ x, atëherë do të kryhet puna Δ A vn = F vn Δ x = Δ E f = σΔ S, ku Δ S = 2LΔ x- rritje në sipërfaqen e të dy anëve të filmit të sapunit. Meqenëse moduli i forcave janë të njëjta, mund të shkruajmë:
|
Kështu, koeficienti i tensionit sipërfaqësor σ mund të përkufizohet si moduli i forcës së tensionit sipërfaqësor që vepron për njësi gjatësi të vijës që kufizon sipërfaqen.
Për shkak të veprimit të forcave të tensionit sipërfaqësor në pikat e lëngut dhe brenda flluskave të sapunit, lind presioni i tepërt Δ fq. Nëse ju prerë mendërisht një rënie sferike të rrezes R në dy gjysma, atëherë secila prej tyre duhet të jetë në ekuilibër nën veprimin e forcave të tensionit sipërfaqësor të aplikuara në kufirin e prerjes me gjatësi 2π R dhe forcat e presionit të tepërt që veprojnë në zonën π R 2 seksione (Fig. 3.5.4). Kushti i ekuilibrit shkruhet si
Nëse këto forca janë më të mëdha se forcat e bashkëveprimit ndërmjet molekulave të vetë lëngut, atëherë lëngu laget sipërfaqja e një të ngurtë. Në këtë rast, lëngu i afrohet sipërfaqes së ngurtës në një kënd të caktuar akut θ, karakteristik për një çift të caktuar lëngu-ngurtë. Këndi θ quhet këndi i kontaktit . Nëse forcat e bashkëveprimit ndërmjet molekulave të lëngëta tejkalojnë forcat e bashkëveprimit të tyre me molekulat e ngurta, atëherë këndi i kontaktit θ rezulton i mpirë (Fig. 3.5.5). Në këtë rast thonë se lëngu nuk laget sipërfaqja e një të ngurtë. Në lagja e plotëθ = 0, në i plotë jo lagështθ = 180°.
Dukuritë kapilare quhet ngritja ose rënia e lëngut në tuba me diametër të vogël - kapilarët. Lëngjet njomëse ngrihen përmes kapilarëve, lëngjet jo lagësht zbresin.
Në Fig. 3.5.6 tregon një tub kapilar me një rreze të caktuar r, i ulur në skajin e poshtëm në një lëng njomës me densitet ρ. Fundi i sipërm i kapilarit është i hapur. Ngritja e lëngut në kapilar vazhdon derisa forca e gravitetit që vepron në kolonën e lëngut në kapilar bëhet e barabartë në madhësi me rezultatin. F n forcat e tensionit sipërfaqësor që veprojnë përgjatë kufirit të kontaktit të lëngut me sipërfaqen e kapilarit: F t = F n, ku F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.
Kjo nënkupton:
Me pa lagësht plotësisht θ = 180°, cos θ = –1 dhe, për rrjedhojë, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Uji lag pothuajse plotësisht sipërfaqen e pastër të qelqit. Përkundrazi, merkuri nuk e lag plotësisht sipërfaqen e qelqit. Prandaj, niveli i merkurit në kapilarin e qelqit bie nën nivelin në enë.
24) Avullimi: përcaktimi, llojet (avullim, zierje), llogaritja e sasisë së nxehtësisë për avullim dhe kondensim, nxehtësia specifike e avullimit.
Avullimi dhe kondensimi. Shpjegimi i dukurisë së avullimit bazuar në idetë për strukturën molekulare të materies. Nxehtësia specifike e avullimit. Njësitë e saj.
Dukuria e shndërrimit të lëngut në avull quhet avullimi.
Avullimi - procesi i avullimit që ndodh nga një sipërfaqe e hapur.
Molekulat e lëngshme lëvizin me shpejtësi të ndryshme. Nëse ndonjë molekulë përfundon në sipërfaqen e një lëngu, ajo mund të kapërcejë tërheqjen e molekulave fqinje dhe të fluturojë jashtë lëngut. Molekulat e nxjerra formojnë avull. Molekulat e mbetura të lëngut ndryshojnë shpejtësinë pas përplasjes. Në të njëjtën kohë, disa molekula fitojnë një shpejtësi të mjaftueshme për të fluturuar jashtë lëngut. Ky proces vazhdon kështu që lëngjet avullojnë ngadalë.
*Shpejtësia e avullimit varet nga lloji i lëngut. Ato lëngje, molekulat e të cilave tërhiqen me më pak forcë, avullojnë më shpejt.
*Avullimi mund të ndodhë në çdo temperaturë. Por në temperatura të larta avullimi ndodh më shpejt .
* Shpejtësia e avullimit varet nga sipërfaqja e saj.
*Me erë (rrjedhja e ajrit), avullimi ndodh më shpejt.
Gjatë avullimit zvogëlohet energjia e brendshme, sepse Gjatë avullimit, lëngu lë molekula të shpejta, prandaj, shpejtësia mesatare e molekulave të mbetura zvogëlohet. Kjo do të thotë se nëse nuk ka fluks energjie nga jashtë, atëherë temperatura e lëngut ulet.
Dukuria e shndërrimit të avullit në lëng quhet kondensimi.
Ajo shoqërohet me çlirimin e energjisë.
Kondensimi i avullit shpjegon formimin e reve. Avujt e ujit që ngrihen mbi tokë formon re në shtresat e sipërme të ftohta të ajrit, të cilat përbëhen nga pika të vogla uji.
Nxehtësia specifike e avullimit – fizike një vlerë që tregon se sa nxehtësi nevojitet për të shndërruar një lëng që peshon 1 kg në avull pa ndryshuar temperaturën.
Ud. nxehtësia e avullimit shënohet me shkronjën L dhe matet në J/kg
Ud. nxehtësia e avullimit të ujit: L=2,3×10 6 J/kg, alkool L=0,9×10 6
Sasia e nxehtësisë e nevojshme për të kthyer lëngun në avull: Q = Lm
Fokusi i artikullit tonë është sasia e nxehtësisë. Ne do të shqyrtojmë konceptin e energjisë së brendshme, e cila transformohet kur kjo sasi ndryshon. Do të tregojmë gjithashtu disa shembuj të përdorimit të llogaritjeve në veprimtarinë njerëzore.
Nxehtësia
Çdo person ka lidhjet e veta me çdo fjalë në gjuhën e tij amtare. Ato përcaktohen nga përvoja personale dhe ndjenjat irracionale. Çfarë mendoni zakonisht kur dëgjoni fjalën "ngrohtësi"? Një batanije e butë, një radiator i ngrohjes qendrore që funksionon në dimër, rrezet e para të diellit në pranverë, një mace. Ose vështrimi i nënës, fjala ngushëlluese e një shoqeje, vëmendja në kohë.
Fizikanët nënkuptojnë një term shumë specifik me këtë. Dhe shumë e rëndësishme, veçanërisht në disa pjesë të kësaj shkence komplekse, por magjepsëse.
Termodinamika
Nuk ia vlen të merret parasysh sasia e nxehtësisë në izolim nga proceset më të thjeshta mbi të cilat bazohet ligji i ruajtjes së energjisë - asgjë nuk do të jetë e qartë. Prandaj, së pari le t'i kujtojmë lexuesit tanë.
Termodinamika e konsideron çdo send ose objekt si një kombinim të një numri shumë të madh të pjesëve elementare - atomeve, joneve, molekulave. Ekuacionet e tij përshkruajnë çdo ndryshim në gjendjen kolektive të sistemit në tërësi dhe si pjesë e tërësisë kur ndryshojnë makroparametrat. Kjo e fundit i referohet temperaturës (e shënuar si T), presionit (P), përqendrimit të përbërësve (zakonisht C).
Energjia e brendshme
Energjia e brendshme është një term mjaft kompleks, kuptimi i të cilit ia vlen të kuptohet përpara se të flasim për sasinë e nxehtësisë. Tregon energjinë që ndryshon kur vlera e makroparametrave të një objekti rritet ose zvogëlohet dhe nuk varet nga sistemi i referencës. Është pjesë e energjisë totale. Ajo përkon me të në kushtet kur qendra e masës së sendit në studim është në qetësi (d.m.th., nuk ka asnjë përbërës kinetik).
Kur një person ndjen se një objekt (të themi, një biçikletë) është ngrohur ose ftohur, kjo tregon se të gjitha molekulat dhe atomet që përbëjnë atë sistem kanë përjetuar një ndryshim në energjinë e brendshme. Megjithatë, temperatura konstante nuk nënkupton ruajtjen e këtij treguesi.
Puna dhe nxehtësia
Energjia e brendshme e çdo sistemi termodinamik mund të transformohet në dy mënyra:
- duke bërë punë në të;
- gjatë shkëmbimit të nxehtësisë me mjedisin.
Formula për këtë proces duket si kjo:
dU=Q-A, ku U është energji e brendshme, Q është nxehtësi, A është punë.
Lexuesi le të mos mashtrohet nga thjeshtësia e shprehjes. Rirregullimi tregon se Q=dU+A, megjithatë, futja e entropisë (S) e sjell formulën në formën dQ=dSxT.
Meqenëse në këtë rast ekuacioni merr formën e një diferenciale, shprehja e parë kërkon të njëjtën gjë. Më pas, në varësi të forcave që veprojnë në objektin në studim dhe parametrit që llogaritet, nxirret raporti i kërkuar.
Le të marrim një top metalik si shembull të një sistemi termodinamik. Nëse e shtypni, e hidhni lart, e hidhni në një pus të thellë, atëherë kjo do të thotë të punoni në të. Nga pamja e jashtme, të gjitha këto veprime të padëmshme nuk do të shkaktojnë ndonjë dëm për topin, por energjia e tij e brendshme do të ndryshojë, megjithëse shumë pak.
Metoda e dytë është shkëmbimi i nxehtësisë. Tani kemi ardhur te qëllimi kryesor i këtij artikulli: një përshkrim se cila është sasia e nxehtësisë. Ky është një ndryshim në energjinë e brendshme të një sistemi termodinamik që ndodh gjatë shkëmbimit të nxehtësisë (shih formulën më lart). Ajo matet në joules ose kalori. Natyrisht, nëse e mbani topin mbi një çakmak, në diell ose thjesht në një dorë të ngrohtë, ai do të nxehet. Dhe pastaj mund të përdorni ndryshimin e temperaturës për të gjetur sasinë e nxehtësisë që i është komunikuar.
Pse gazi është shembulli më i mirë i një ndryshimi në energjinë e brendshme dhe pse nxënësve të shkollës nuk u pëlqen fizika për shkak të kësaj
Më sipër kemi përshkruar ndryshimet në parametrat termodinamikë të një topi metalik. Ato nuk janë shumë të dukshme pa pajisje speciale dhe lexuesi mund të marrë fjalën vetëm për proceset që ndodhin me objektin. Është tjetër çështje nëse sistemi është me gaz. Shtypni mbi të - do të jetë e dukshme, ngroheni - presioni do të rritet, uleni nën tokë - dhe mund të regjistrohet lehtësisht. Prandaj, në tekstet shkollore, gazi përdoret më shpesh si një sistem termodinamik vizual.
Por, mjerisht, në arsimin modern nuk i kushtohet shumë vëmendje përvojave reale. Shkencëtari që shkruan manualin metodologjik e kupton në mënyrë të përsosur se çfarë është në rrezik. Atij i duket se duke përdorur shembullin e molekulave të gazit, të gjithë parametrat termodinamikë do të demonstrohen siç duhet. Por një student që sapo po zbulon këtë botë është mërzitur duke dëgjuar për një balonë ideale me një piston teorik. Nëse shkolla do të kishte laboratorë të vërtetë kërkimor dhe do të ndante orë për të punuar në to, gjërat do të ishin ndryshe. Deri më tani, për fat të keq, eksperimentet janë vetëm në letër. Dhe, ka shumë të ngjarë, kjo është pikërisht arsyeja pse njerëzit e konsiderojnë këtë degë të fizikës si diçka thjesht teorike, larg jetës dhe të panevojshme.
Prandaj, vendosëm të përdorim si shembull biçikletën e përmendur më lart. Një person shtyp pedalet dhe punon në to. Përveç dhënies së çift rrotullues në të gjithë mekanizmin (në sajë të të cilit biçikleta lëviz në hapësirë), energjia e brendshme e materialeve nga të cilat bëhen levat ndryshon. Biçiklisti shtyp dorezat për t'u kthyer dhe përsëri bën punën.
Energjia e brendshme e veshjes së jashtme (plastike ose metalike) rritet. Një person shkon jashtë në një vend të hapur nën diellin e ndritshëm - biçikleta nxehet, sasia e saj e nxehtësisë ndryshon. Ndalon për të pushuar nën hijen e një lisi të vjetër dhe sistemi ftohet, duke humbur kalori ose joule. Rrit shpejtësinë - rritet shkëmbimi i energjisë. Megjithatë, llogaritja e sasisë së nxehtësisë në të gjitha këto raste do të tregojë një vlerë shumë të vogël, të padukshme. Prandaj, duket se nuk ka manifestime të fizikës termodinamike në jetën reale.
Zbatimi i llogaritjeve për ndryshimet në sasinë e nxehtësisë
Lexuesi ndoshta do të thotë se e gjithë kjo është shumë edukative, por pse jemi kaq të torturuar në shkollë me këto formula? Dhe tani do të japim shembuj në cilat fusha të veprimtarisë njerëzore nevojiten drejtpërdrejt dhe se si kjo shqetëson këdo në jetën e tyre të përditshme.
Së pari, shikoni përreth jush dhe numëroni: sa objekte metalike ju rrethojnë? Ndoshta më shumë se dhjetë. Por përpara se të bëhet një kapëse letre, një karrocë, një unazë ose një flash drive, çdo metal i nënshtrohet shkrirjes. Çdo fabrikë që përpunon, të themi, mineral hekuri, duhet të kuptojë se sa karburant kërkohet për të optimizuar kostot. Dhe kur llogaritet kjo, është e nevojshme të dihet kapaciteti termik i lëndës së parë që përmban metal dhe sasia e nxehtësisë që duhet t'i jepet asaj në mënyrë që të ndodhin të gjitha proceset teknologjike. Meqenëse energjia e lëshuar nga një njësi karburanti llogaritet në joules ose kalori, formulat nevojiten drejtpërdrejt.
Ose një shembull tjetër: shumica e supermarketeve kanë një departament me mallra të ngrira - peshk, mish, fruta. Kur lëndët e para nga mishi i kafshëve ose prodhimet e detit shndërrohen në produkte gjysëm të gatshme, ata duhet të dinë se sa energji elektrike do të konsumojnë njësitë e ftohjes dhe ngrirjes për ton ose njësi të produktit të përfunduar. Për ta bërë këtë, duhet të llogarisni se sa nxehtësi humbet një kilogram luleshtrydhe ose kallamar kur ftohet me një gradë Celsius. Dhe në fund, kjo do të tregojë se sa energji elektrike do të konsumojë një ngrirës i një fuqie të caktuar.
Avionë, anije, trena
Më sipër treguam shembuj të objekteve relativisht të palëvizshme, statike, të cilave u jepet një sasi e caktuar nxehtësie ose të cilave, përkundrazi, u hiqet një sasi e caktuar nxehtësie. Për objektet që lëvizin në kushte të ndryshimit të vazhdueshëm të temperaturës gjatë funksionimit, llogaritjet e sasisë së nxehtësisë janë të rëndësishme për një arsye tjetër.
Ekziston një gjë e tillë si "lodhje metalike". Ai gjithashtu përfshin ngarkesat maksimale të lejueshme në një shkallë të caktuar të ndryshimit të temperaturës. Imagjinoni një aeroplan që ngrihet nga tropikët e lagësht në atmosferën e sipërme të ngrirë. Inxhinierët duhet të punojnë shumë për të siguruar që ai të mos shpërbëhet për shkak të çarjeve në metal që shfaqen kur ndryshon temperatura. Ata janë në kërkim të një përbërje aliazhi që mund të përballojë ngarkesa reale dhe të ketë një diferencë të madhe sigurie. Dhe për të mos kërkuar verbërisht, duke shpresuar që aksidentalisht të pengoheni në përbërjen e dëshiruar, duhet të bëni shumë llogaritje, përfshirë ato që përfshijnë ndryshime në sasinë e nxehtësisë.
Siç dihet, gjatë proceseve të ndryshme mekanike ndodh një ndryshim në energjinë mekanike. Një masë e ndryshimit të energjisë mekanike është puna e forcave të aplikuara në sistem:
Gjatë shkëmbimit të nxehtësisë, ndodh një ndryshim në energjinë e brendshme të trupit. Një masë e ndryshimit të energjisë së brendshme gjatë transferimit të nxehtësisë është sasia e nxehtësisë.
Sasia e nxehtësisëështë një masë e ndryshimit të energjisë së brendshme që një trup merr (ose heq dorë) gjatë shkëmbimit të nxehtësisë.
Kështu, si puna ashtu edhe sasia e nxehtësisë karakterizojnë ndryshimin e energjisë, por nuk janë identike me energjinë. Ato nuk karakterizojnë vetë gjendjen e sistemit, por përcaktojnë procesin e kalimit të energjisë nga një lloj në tjetrin (nga një trup në tjetrin) kur gjendja ndryshon dhe varet ndjeshëm nga natyra e procesit.
Dallimi kryesor midis punës dhe sasisë së nxehtësisë është se puna karakterizon procesin e ndryshimit të energjisë së brendshme të një sistemi, i shoqëruar nga shndërrimi i energjisë nga një lloj në tjetrin (nga mekanike në të brendshme). Sasia e nxehtësisë karakterizon procesin e transferimit të energjisë së brendshme nga një trup në tjetrin (nga më i nxehtë në më pak të nxehtë), i pashoqëruar me transformime të energjisë.
Përvoja tregon se sasia e nxehtësisë e nevojshme për të ngrohur një trup me masë m nga temperatura në temperaturë llogaritet me formulë
ku c është kapaciteti termik specifik i substancës;
Njësia SI e kapacitetit specifik të nxehtësisë është xhaul për kilogram Kelvin (J/(kg K)).
Nxehtësia specifike c është numerikisht i barabartë me sasinë e nxehtësisë që duhet t'i jepet një trupi që peshon 1 kg për ta ngrohur atë me 1 K.
Kapaciteti i nxehtësisë trupi është numerikisht i barabartë me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ndryshuar temperaturën e trupit me 1 K:
Njësia SI e kapacitetit të nxehtësisë së një trupi është xhaul për Kelvin (J/K).
Për të shndërruar një lëng në avull në një temperaturë konstante, është e nevojshme të shpenzoni një sasi nxehtësie
ku L është nxehtësia specifike e avullimit. Kur avulli kondensohet, lirohet e njëjta sasi nxehtësie.
>> Fizikë: Sasia e nxehtësisë
Ju mund të ndryshoni energjinë e brendshme të gazit në cilindër jo vetëm duke kryer punë, por edhe duke ngrohur gazin.
Nëse rregulloni pistonin ( Fig.13.5), atëherë vëllimi i gazit nuk ndryshon kur nxehet dhe nuk punohet. Por temperatura e gazit, dhe për këtë arsye energjia e tij e brendshme, rritet.
Procesi i transferimit të energjisë nga një trup në tjetrin pa kryer punë quhet shkëmbimi i nxehtësisë ose transferim i nxehtësisë.
Masa sasiore e ndryshimit të energjisë së brendshme gjatë transferimit të nxehtësisë quhet sasia e nxehtësisë. Sasia e nxehtësisë quhet edhe energjia që lëshon një trup gjatë shkëmbimit të nxehtësisë.
Pamja molekulare e transferimit të nxehtësisë
Gjatë shkëmbimit të nxehtësisë, energjia nuk shndërrohet nga një formë në tjetrën, një pjesë e energjisë së brendshme të trupit të nxehtë transferohet në trupin e ftohtë.
Sasia e nxehtësisë dhe kapaciteti i nxehtësisë. Ju tashmë e dini se për të ngrohur një trup në masë m në temperaturë t 1 deri në temperaturë t 2është e nevojshme të transferoni sasinë e nxehtësisë në të:
Kur një trup ftohet, temperatura e tij përfundimtare është t 2 rezulton të jetë më pak se temperatura fillestare t 1 dhe sasia e nxehtësisë që lëshohet nga trupi është negative.
Koeficient c në formulën (13.5) quhet kapaciteti specifik i nxehtësisë substancave. Kapaciteti specifik i nxehtësisë është një vlerë numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë që një substancë me peshë 1 kg merr ose lëshon kur temperatura e saj ndryshon me 1 K.
Kapaciteti specifik i nxehtësisë varet jo vetëm nga vetitë e substancës, por edhe nga procesi me të cilin ndodh transferimi i nxehtësisë. Nëse ngrohni një gaz me presion konstant, ai do të zgjerohet dhe do të funksionojë. Për të ngrohur një gaz me 1°C me presion konstant, ai duhet të transferojë më shumë nxehtësi sesa ta ngrohë në një vëllim konstant, kur gazi vetëm do të nxehet.
Lëngjet dhe lëndët e ngurta zgjerohen pak kur nxehen. Kapacitetet e tyre specifike të nxehtësisë në vëllim konstant dhe presion konstant ndryshojnë pak.
Nxehtësia specifike e avullimit. Për të shndërruar një lëng në avull gjatë procesit të zierjes, duhet të transferohet një sasi e caktuar nxehtësie në të. Temperatura e një lëngu nuk ndryshon kur vlon. Shndërrimi i një lëngu në avull në një temperaturë konstante nuk çon në një rritje të energjisë kinetike të molekulave, por shoqërohet me një rritje të energjisë potenciale të ndërveprimit të tyre. Në fund të fundit, distanca mesatare midis molekulave të gazit është shumë më e madhe sesa midis molekulave të lëngshme.
Një sasi numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të kthyer një lëng që peshon 1 kg në avull në një temperaturë konstante quhet nxehtësia specifike e avullimit. Kjo vlerë tregohet me shkronjë r dhe shprehen në xhaul për kilogram (J/kg).
Nxehtësia specifike e avullimit të ujit është shumë e lartë: r H2O=2,256 10 6 J/kg në temperaturë 100°C. Për lëngje të tjera, për shembull alkool, eter, merkur, vajguri, nxehtësia specifike e avullimit është 3-10 herë më pak se ajo e ujit.
Për të shndërruar lëngun në masë m avulli kërkon një sasi nxehtësie të barabartë me:
Kur avulli kondensohet, lirohet e njëjta sasi nxehtësie:
Një vlerë numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të shndërruar një substancë kristalore që peshon 1 kg në pikën e shkrirjes në një lëng quhet nxehtësi specifike e shkrirjes.
Kur një substancë që peshon 1 kg kristalizohet, lëshohet saktësisht e njëjta sasi nxehtësie sa përthithet gjatë shkrirjes.
Nxehtësia specifike e shkrirjes së akullit është mjaft e lartë: 3,34 10 5 J/kg. "Nëse akulli nuk do të kishte një nxehtësi të lartë të shkrirjes," shkroi R. Black në shekullin e 18-të, "atëherë në pranverë e gjithë masa e akullit duhet të ishte shkrirë në disa minuta ose sekonda, pasi nxehtësia transferohet vazhdimisht në akull. nga ajri. Pasojat e kësaj do të ishin të tmerrshme; në fund të fundit, edhe në situatën aktuale, përmbytjet e mëdha dhe rrjedhat e forta të ujit lindin kur masa të mëdha akulli ose bore shkrihen.
Në mënyrë që të shkrihet një trup kristalor duke peshuar m, sasia e kërkuar e nxehtësisë është e barabartë me:
Sasia e nxehtësisë së çliruar gjatë kristalizimit të një trupi është e barabartë me:
Energjia e brendshme e trupit ndryshon gjatë ngrohjes dhe ftohjes, gjatë avullimit dhe kondensimit, gjatë shkrirjes dhe kristalizimit. Në të gjitha rastet, një sasi e caktuar nxehtësie transferohet ose largohet nga trupi.
???
1. Ajo që quhet sasi ngrohtësi?
2. Nga varet kapaciteti termik specifik i një lënde?
3. Si quhet nxehtësia specifike e avullimit?
4. Si quhet nxehtësia specifike e shkrirjes?
5. Në cilat raste sasia e nxehtësisë është sasi pozitive, dhe në cilat raste është negative?
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, klasa e 10-të e fizikës
Përmbajtja e mësimit shënimet e mësimit mbështetja e prezantimit të mësimit në kuadër të metodave të përshpejtimit teknologjitë interaktive Praktikoni detyra dhe ushtrime punëtori për vetëtestim, trajnime, raste, kërkime pyetje diskutimi për detyra shtëpie pyetje retorike nga nxënësit Ilustrime audio, videoklipe dhe multimedia fotografi, foto, grafika, tabela, diagrame, humor, anekdota, shaka, komike, shëmbëlltyra, thënie, fjalëkryqe, citate Shtesa abstrakte artikuj truke për krevat kureshtarë tekste mësimore fjalor termash bazë dhe plotësues të tjera Përmirësimi i teksteve dhe mësimevekorrigjimi i gabimeve në tekstin shkollor përditësimi i një fragmenti në një tekst shkollor, elemente të inovacionit në mësim, zëvendësimi i njohurive të vjetruara me të reja Vetëm për mësuesit leksione perfekte plani kalendar për vitin; Mësime të integruaraNëse keni korrigjime ose sugjerime për këtë mësim,
Çfarë do të nxehet më shpejt në sobë - një kazan apo një kovë me ujë? Përgjigja është e qartë - një çajnik. Atëherë pyetja e dytë është pse?
Përgjigja nuk është më pak e qartë - sepse masa e ujit në kazan është më pak. E madhe. Dhe tani ju mund të bëni një përvojë të vërtetë fizike vetë në shtëpi. Për ta bërë këtë, do t'ju duhen dy tenxhere të vogla identike, një sasi e barabartë uji dhe vaji vegjetal, për shembull, gjysmë litri secila dhe një sobë. Vendosim tenxheret me vaj dhe ujë në të njëjtën zjarr. Tani vetëm shikoni se çfarë do të nxehet më shpejt. Nëse keni një termometër për lëngje, mund ta përdorni nëse jo, thjesht mund të provoni temperaturën me gisht herë pas here, vetëm kujdes që të mos digjeni. Në çdo rast, së shpejti do të shihni se vaji nxehet shumë më shpejt se uji. Dhe një pyetje tjetër, e cila gjithashtu mund të zbatohet në formën e përvojës. Çfarë do të vlojë më shpejt - ujë i ngrohtë apo i ftohtë? Gjithçka është përsëri e qartë - e ngrohta do të jetë e para në vijën e finishit. Pse gjithë këto pyetje dhe eksperimente të çuditshme? Për të përcaktuar sasinë fizike të quajtur "sasia e nxehtësisë".
Sasia e nxehtësisë
Sasia e nxehtësisë është energjia që një trup humb ose fiton gjatë transferimit të nxehtësisë. Kjo është e qartë nga emri. Gjatë ftohjes, trupi do të humbasë një sasi të caktuar nxehtësie, dhe kur ngrohet, ai do të thithë. Dhe përgjigjet e pyetjeve tona na treguan Nga çfarë varet sasia e nxehtësisë? Së pari, sa më e madhe të jetë masa e një trupi, aq më e madhe është sasia e nxehtësisë që duhet shpenzuar për të ndryshuar temperaturën e tij me një shkallë. Së dyti, sasia e nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur një trup varet nga substanca nga e cila përbëhet, domethënë nga lloji i substancës. Dhe së treti, ndryshimi në temperaturën e trupit para dhe pas transferimit të nxehtësisë është gjithashtu i rëndësishëm për llogaritjet tona. Bazuar në sa më sipër, ne mundemi Përcaktoni sasinë e nxehtësisë duke përdorur formulën:
ku Q është sasia e nxehtësisë,
m - pesha e trupit,
(t_2-t_1) - ndryshimi midis temperaturës fillestare dhe përfundimtare të trupit,
c është kapaciteti termik specifik i substancës, i gjetur nga tabelat përkatëse.
Duke përdorur këtë formulë, mund të llogarisni sasinë e nxehtësisë që është e nevojshme për të ngrohur çdo trup ose që ky trup do të lëshojë kur ftohet.
Sasia e nxehtësisë matet në xhaul (1 J), si çdo lloj energjie. Sidoqoftë, kjo vlerë u prezantua jo shumë kohë më parë, dhe njerëzit filluan të masin sasinë e nxehtësisë shumë më herët. Dhe ata përdorën një njësi që përdoret gjerësisht në kohën tonë - kalori (1 cal). 1 kalori është sasia e nxehtësisë që nevojitet për të ngrohur 1 gram ujë me 1 gradë Celsius. Të udhëhequr nga këto të dhëna, ata që pëlqejnë të numërojnë kaloritë në ushqimin që hanë, për argëtim, mund të llogarisin sa litra ujë mund të zihen me energjinë që konsumojnë me ushqimin gjatë ditës.
Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Karakteristikat e elementit të karbonit dhe vetitë kimike