(או העברת חום).

קיבולת חום ספציפית של חומר.

קיבולת חום- זוהי כמות החום הנספגת בגוף כאשר הוא מחומם במעלה אחת.

קיבולת החום של גוף מסומנת באות לטינית גדולה עִם.

במה תלויה יכולת החום של הגוף? קודם כל, מהמסה שלו. ברור שחימום, למשל, 1 ק"ג מים ידרוש יותר חום מחימום של 200 גרם.

מה לגבי סוג החומר? בואו נעשה ניסוי. ניקח שני כלים זהים ולאחר ששפכנו מים במשקל 400 גרם לאחד מהם, ושמן צמחי במשקל 400 גרם לשני, נתחיל לחמם אותם באמצעות מבערים זהים. על ידי התבוננות בקריאות מד החום, נראה שהשמן מתחמם במהירות. כדי לחמם מים ושמן לאותה טמפרטורה, יש לחמם את המים זמן רב יותר. אבל ככל שנחמם את המים זמן רב יותר, כך הם מקבלים יותר חום מהמבער.

לפיכך, חימום אותה מסה של חומרים שונים לאותה טמפרטורה דורש כמויות שונות של חום. כמות החום הנדרשת לחימום גוף, ולכן גם יכולת החום שלו תלויה בסוג החומר ממנו מורכב הגוף.

כך, למשל, כדי להעלות את הטמפרטורה של מים במשקל 1 ק"ג ב-1°C, נדרשת כמות חום השווה ל-4200 J, ולחמם את אותה מסה של שמן חמניות ב-1°C, כמות חום השווה ל- נדרש 1700 J.

כמות פיזיקלית המראה כמה חום נדרש כדי לחמם 1 ק"ג של חומר ב-1 ºС נקראת קיבולת חום ספציפיתשל החומר הזה.

לכל חומר קיבולת חום ספציפית משלו, המסומנת באות הלטינית c ונמדדת בג'אול לקילוגרם מעלה (J/(ק"ג מעלות צלזיוס)).

קיבולת החום הסגולית של אותו חומר במצבי צבירה שונים (מוצק, נוזלי וגזי) שונה. לדוגמה, קיבולת החום הסגולית של מים היא 4200 J/(ק"ג מעלות צלזיוס), וקיבולת החום הסגולית של קרח היא 2100 J/(ק"ג מעלות צלזיוס); לאלומיניום במצב מוצק קיבולת חום ספציפית של 920 J/(ק"ג - מעלות צלזיוס), ובמצב נוזלי - 1080 J/(ק"ג - מעלות צלזיוס).

שימו לב שלמים קיבולת חום סגולית גבוהה מאוד. לכן, מים בים ובאוקיינוסים, המתחממים בקיץ, סופגים כמות גדולה של חום מהאוויר. הודות לכך, באותם מקומות שנמצאים ליד מקווי מים גדולים, הקיץ אינו חם כמו במקומות רחוקים מהמים.

חישוב כמות החום הנדרשת לחימום גוף או המשתחררת על ידו במהלך הקירור.

מהאמור לעיל ברור שכמות החום הנדרשת לחימום גוף תלויה בסוג החומר ממנו מורכב הגוף (כלומר, יכולת החום הסגולית שלו) ובמסת הגוף. ברור גם שכמות החום תלויה בכמה מעלות אנחנו הולכים להעלות את טמפרטורת הגוף.

לכן, כדי לקבוע את כמות החום הנדרשת לחימום גוף או שהשתחרר ממנו במהלך הקירור, עליך להכפיל את קיבולת החום הספציפית של הגוף במסה שלו ובהפרש בין הטמפרטורות הסופית וההתחלתית שלו:

ש = ס"מ (ט 2 - ט 1 ) ,

אֵיפֹה ש- כמות חום, ג- קיבולת חום ספציפית, מ- משקל גוף, ט 1 - טמפרטורה התחלתית, ט 2 - טמפרטורה סופית.

כשהגוף מתחמם t 2 > ט 1 ולכן ש > 0 . כשהגוף מתקרר t 2i< ט 1 ולכן ש< 0 .

אם קיבולת החום של הגוף כולו ידועה עִם, שנקבע על ידי הנוסחה:

Q = C (t 2 - ט 1 ) .

מושג כמות החום נוצר בשלבים הראשונים של התפתחות הפיזיקה המודרנית, כאשר לא היו רעיונות ברורים לגבי המבנה הפנימי של החומר, מהי אנרגיה, אילו צורות אנרגיה קיימות בטבע ולגבי אנרגיה כצורה של תנועה והתמרה של החומר.

כמות החום מובנת ככמות פיזיקלית שווה ערך לאנרגיה המועברת לגוף חומרי בתהליך חילופי חום.

יחידת החום המיושנת היא הקלוריה, שווה ל-4.2 J כיום יחידה זו אינה בשימוש, והג'ול תפס את מקומה.

בתחילה, ההנחה הייתה שנושא האנרגיה התרמית הוא מדיום חסר משקל לחלוטין עם תכונות של נוזל. בעיות פיזיות רבות של העברת חום נפתרו ועדיין נפתרות בהתבסס על הנחה זו. קיומה של קלוריות היפותטיות היה הבסיס להרבה קונסטרוקציות נכונות במהותן. האמינו כי קלוריות משתחררת ונספגת בתופעות של חימום וקירור, התכה והתגבשות. המשוואות הנכונות לתהליכי העברת חום התקבלו על סמך מושגים פיזיקליים שגויים. קיים חוק ידוע לפיו כמות החום עומדת ביחס ישר למסת הגוף המשתתף בחילופי החום ולשיפוע הטמפרטורה:

כאשר Q היא כמות החום, m היא מסת הגוף והמקדם עִם- כמות הנקראת קיבולת חום ספציפית. קיבולת חום סגולית היא מאפיין של חומר המעורב בתהליך.

עבודה בתרמודינמיקה

כתוצאה מתהליכים תרמיים, ניתן לבצע עבודה מכנית גרידא. לדוגמה, כאשר גז מתחמם, הוא מגדיל את נפחו. בואו ניקח מצב כמו בתמונה למטה:

במקרה זה, העבודה המכנית תהיה שווה לכוח לחץ הגז על הבוכנה כפול הנתיב שעברה הבוכנה בלחץ. כמובן שזה המקרה הפשוט ביותר. אבל גם בו אפשר להבחין בקושי אחד: כוח הלחץ יהיה תלוי בנפח הגז, מה שאומר שלא בקבועים עסקינן, אלא בכמויות משתנות. מכיוון שכל שלושת המשתנים: לחץ, טמפרטורה ונפח קשורים זה לזה, עבודת החישוב הופכת מסובכת משמעותית. ישנם כמה תהליכים אידיאליים, איטיים עד אין קץ: איזובריים, איזותרמיים, אדיאבטיים ואיזוכורים - עבורם ניתן לבצע חישובים כאלה בצורה פשוטה יחסית. משרטט גרף של לחץ מול נפח והעבודה מחושבת כאינטגרל של הצורה.

721. מדוע משתמשים במים לקירור מנגנונים מסוימים?
למים קיבולת חום סגולית גבוהה, מה שמאפשר סילוק חום טוב מהמנגנון.

722. באיזה מקרה יש צורך להוציא יותר אנרגיה: לחמם ליטר מים ב-1 מעלות צלזיוס או לחמם מאה גרם מים ב-1 מעלות צלזיוס?
כדי לחמם ליטר מים, ככל שהמסה גדולה יותר, כך צריך להשקיע יותר אנרגיה.

723. מזלגות קופרוניקל וכסף בעלי מסה שווה הורדו למים חמים. האם הם יקבלו את אותה כמות חום מהמים?
מזלג קופרוניקל יקבל יותר חום כי החום הסגולי של קופרוניקל גדול מזה של כסף.

724. חתיכת עופרת וחתיכת ברזל יצוק מאותה מסה נפגעו שלוש פעמים בפטיש. איזו יצירה נעשתה לוהטת יותר?
עופרת תתחמם מכיוון שקיבולת החום הספציפית שלה נמוכה יותר מברזל יצוק ודרושה פחות אנרגיה כדי לחמם את העופרת.

725. בקבוק אחד מכיל מים, השני מכיל נפט באותה מסה וטמפרטורה. קוביית ברזל מחוממת באותה מידה הושלכה לתוך כל בקבוק. מה יתחמם לטמפרטורה גבוהה יותר - מים או נפט?
נֵפט.

726. מדוע תנודות הטמפרטורה בחורף ובקיץ פחות חדות בערים על שפת הים מאשר בערים הממוקמות בפנים הארץ?
מים מתחממים ומתקררים לאט יותר מאוויר. בחורף הוא מתקרר ומעביר מסות אוויר חמות אל היבשה, מה שהופך את האקלים בחוף לחמם יותר.

727. קיבולת החום הסגולית של אלומיניום היא 920 J/kg °C. מה זה אומר?
המשמעות היא שכדי לחמם 1 ק"ג אלומיניום ב-1 מעלות צלזיוס יש צורך להוציא 920 J.

728. מוטות אלומיניום ונחושת בעלי מסה זהה 1 ק"ג מקוררים ב-1 מעלות צלזיוס. כמה תשתנה האנרגיה הפנימית של כל בלוק? לאיזה בר זה ישתנה יותר ובכמה?

729. איזו כמות חום דרושה כדי לחמם קילוגרם ברזל ב-45 מעלות צלזיוס?

730. איזו כמות חום נדרשת כדי לחמם 0.25 ק"ג מים מ-30 מעלות צלזיוס ל-50 מעלות צלזיוס?

731. כיצד תשתנה האנרגיה הפנימית של שני ליטר מים בחימום ב-5 מעלות צלזיוס?

732. איזו כמות חום דרושה כדי לחמם 5 גרם מים מ-20 מעלות צלזיוס ל-30 מעלות צלזיוס?

733. איזו כמות חום נדרשת כדי לחמם כדור אלומיניום במשקל 0.03 ק"ג על 72 מעלות צלזיוס?

734. חשב את כמות החום הנדרשת לחימום 15 ק"ג נחושת ב-80 מעלות צלזיוס.

735. חשב את כמות החום הנדרשת לחימום 5 ק"ג נחושת מ-10 מעלות צלזיוס ל-200 מעלות צלזיוס.

736. איזו כמות חום נדרשת כדי לחמם 0.2 ק"ג מים מ-15 מעלות צלזיוס ל-20 מעלות צלזיוס?

737. מים במשקל 0.3 ק"ג התקררו ב-20 מעלות צלזיוס. כמה ירדה האנרגיה הפנימית של המים?

738. איזו כמות חום דרושה כדי לחמם 0.4 ק"ג מים בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס לטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס?

739. איזו כמות חום מוציאה כדי לחמם 2.5 ק"ג מים ב-20 מעלות צלזיוס?

740. איזו כמות חום השתחררה כאשר 250 גרם מים התקררו מ-90 מעלות צלזיוס ל-40 מעלות צלזיוס?

741. איזו כמות חום נדרשת כדי לחמם 0.015 ליטר מים ב-1 מעלות צלזיוס?

742. חשב את כמות החום הנדרשת לחימום בריכה בנפח של 300 מ"ק על 10 מעלות צלזיוס?

743. איזו כמות חום יש להוסיף ל-1 ק"ג מים כדי להעלות את הטמפרטורה מ-30 מעלות צלזיוס ל-40 מעלות צלזיוס?

744. מים בנפח 10 ליטר התקררו מטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס לטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס. כמה חום השתחרר במהלך זה?

745. חשב את כמות החום הנדרשת לחימום 1 מ"ק של חול ב-60 מעלות צלזיוס.

746. נפח אוויר 60 מ"ק, קיבולת חום סגולית 1000 J/kg °C, צפיפות אוויר 1.29 ק"ג/מ"ק. כמה חום צריך כדי להעלות אותו ל-22 מעלות?

747. מים חוממו ב-10 מעלות צלזיוס, והוציאו 4.20 103 J של חום. קבע את כמות המים.

748. חום של 20.95 קילו-ג'יי הועבר למים במשקל 0.5 ק"ג. מה הפכה טמפרטורת המים אם טמפרטורת המים הראשונית הייתה 20 מעלות צלזיוס?

749. מחבת נחושת במשקל 2.5 ק"ג מלאה ב-8 ק"ג מים ב-10 מעלות צלזיוס. כמה חום צריך כדי לחמם את המים במחבת לרתיחה?

750. ליטר מים בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס יוצקים למצקת נחושת במשקל 300 גרם איזו כמות חום נדרשת כדי לחמם את המים במצקת ל-85 מעלות?

751. חתיכת גרניט מחוממת במשקל 3 ק"ג מונחת במים. גרניט מעביר 12.6 קילו-ג'יי חום למים, מתקרר ב-10 מעלות צלזיוס. מהי כושר החום הספציפי של האבן?

752. מים חמים ב-50 מעלות צלזיוס נוספו ל-5 ק"ג מים ב-12 מעלות צלזיוס, תוך קבלת תערובת בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס. כמה מים הוספת?

753. מים ב-20 מעלות צלזיוס נוספו ל-3 ליטר מים ב-60 מעלות צלזיוס, תוך קבלת מים ב-40 מעלות צלזיוס. כמה מים הוספת?

754. מה תהיה הטמפרטורה של התערובת אם תערבבו 600 גר' מים ב-80 מעלות צלזיוס עם 200 גר' מים ב-20 מעלות?

755. ליטר מים ב-90 מעלות צלזיוס נשפך למים ב-10 מעלות צלזיוס, וטמפרטורת המים הפכה ל-60 מעלות צלזיוס. כמה מים קרים היו שם?

756. קבעו כמה מים חמים מחוממים ל-60 מעלות צלזיוס יש לשפוך לכלי אם הכלי כבר מכיל 20 ליטר מים קרים בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס; הטמפרטורה של התערובת צריכה להיות 40 מעלות צלזיוס.

757. קבע כמה חום נדרש כדי לחמם 425 גרם מים ב-20 מעלות צלזיוס.

758. כמה מעלות יתחממו 5 ק"ג מים אם המים יקבלו 167.2 קיל"ג?

759. כמה חום נדרש כדי לחמם m גרם מים בטמפרטורה t1 לטמפרטורה t2?

760. 2 ק"ג מים מוזגים לתוך קלורימטר בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס. לאיזו טמפרטורה יתחממו מי הקלורימטר אם יורידו לתוכם משקל פליז של 500 גרם שחומם ל-100 מעלות צלזיוס? קיבולת החום הסגולית של פליז היא 0.37 קילו-ג'יי/(ק"ג מעלות צלזיוס).

761. יש פיסות נחושת, פח ואלומיניום באותו נפח. לאיזה מהחלקים הללו יש את הגדולה ביותר ולאיזה יש את קיבולת החום הקטנה ביותר?

762. 450 גרם מים, שהטמפרטורה שלהם הייתה 20 מעלות צלזיוס, נשפכו לתוך הקלורימטר. כאשר 200 גרם של סיבי ברזל מחוממים ל-100 מעלות צלזיוס נטבלו במים אלו, טמפרטורת המים הפכה ל-24 מעלות צלזיוס. קבע את קיבולת החום הספציפית של נסורת.

763. קלורימטר נחושת במשקל 100 גרם מכיל 738 גרם מים, שהטמפרטורה שלהם היא 15 מעלות צלזיוס. 200 גר' נחושת הורדו לקלורית זה בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן עלתה הטמפרטורה של הקלורימטר ל-17 מעלות צלזיוס. מהי קיבולת החום הספציפית של נחושת?

764. כדור פלדה במשקל 10 גר' מוציאים מהתנור ומכניסים למים בטמפרטורה של 10 מעלות צלזיוס. טמפרטורת המים עלתה ל-25 מעלות צלזיוס. מה הייתה הטמפרטורה של הכדור בתנור אם מסת המים הייתה 50 גרם? קיבולת החום הסגולית של פלדה היא 0.5 kJ/(ק"ג מעלות צלזיוס).

770. חותך פלדה במשקל 2 ק"ג חומם לטמפרטורה של 800 מעלות צלזיוס ולאחר מכן הורד לתוך כלי המכיל 15 ליטר מים בטמפרטורה של 10 מעלות צלזיוס. לאיזו טמפרטורה יתחממו המים בכלי?

(אינדיקציה: כדי לפתור בעיה זו, יש צורך ליצור משוואה שבה הטמפרטורה הלא ידועה של המים בכלי לאחר הורדת החותך נלקחת כבלתי ידועה.)

771. איזו טמפרטורה יתקבלו המים אם תערבבו 0.02 ק"ג מים ב-15 מעלות צלזיוס, 0.03 ק"ג מים ב-25 מעלות צלזיוס ו-0.01 ק"ג מים ב-60 מעלות?

772. לחימום כיתה מאווררת היטב, כמות החום הנדרשת היא 4.19 MJ לשעה. מים נכנסים לרדיאטורי החימום ב-80 מעלות צלזיוס ויוצאים מהם ב-72 מעלות צלזיוס. כמה מים יש לספק לרדיאטורים בכל שעה?

773. עופרת במשקל 0.1 ק"ג בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס נטבלה בקלורימטר אלומיניום במשקל 0.04 ק"ג המכיל 0.24 ק"ג מים בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס. לאחר מכן הטמפרטורה בקלוריות הגיעה ל-16 מעלות צלזיוס. מהו החום הסגולי של עופרת?

ניתן לשנות את האנרגיה הפנימית של מערכת תרמודינמית בשתי דרכים:

1. עושה עבודה על המערכת,
2. באמצעות אינטראקציה תרמית.

העברת חום לגוף אינה קשורה לביצוע עבודה מקרוסקופית על הגוף. במקרה זה, השינוי באנרגיה הפנימית נגרם מהעובדה שמולקולות בודדות של גוף עם טמפרטורה גבוהה יותר אכן עובדות על כמה מולקולות של גוף שיש להן טמפרטורה נמוכה יותר. במקרה זה, אינטראקציה תרמית מתממשת עקב מוליכות תרמית. העברת אנרגיה אפשרית גם באמצעות קרינה. מערכת התהליכים המיקרוסקופיים (הנוגעים לא לכל הגוף, אלא למולקולות בודדות) נקראת העברת חום. כמות האנרגיה המועברת מגוף אחד לאחר כתוצאה מהעברת חום נקבעת על פי כמות החום המועברת מגוף אחד לאחר.

הַגדָרָה

חוֹםהיא האנרגיה המתקבלת (או מוותרת עליה) על ידי גוף בתהליך של חילופי חום עם הגופים הסובבים אותו (הסביבה).

הסמל לחום הוא בדרך כלל האות Q.

זהו אחד הגדלים הבסיסיים בתרמודינמיקה. חום כלול בביטויים המתמטיים של החוק הראשון והשני של התרמודינמיקה. אומרים שחום הוא אנרגיה בצורה של תנועה מולקולרית.

ניתן להעביר חום למערכת (גוף), או לקחת ממנה. הוא האמין כי אם חום מועבר למערכת, אז זה חיובי.

נוסחה לחישוב חום בעת שינויי טמפרטורה

כמות החום היסודית שמועברת למערכת, והטמפרטורה משתנה מ-T ל-T+dT, שווה ל:

כאשר C הוא קיבולת החום של הגוף. אם הגוף המדובר הוא הומוגני, ניתן לייצג את הנוסחה (1) לכמות החום כך:

היכן היא יכולת החום הספציפית של הגוף, m היא מסת הגוף, היא קיבולת החום המולרית, היא המסה המולרית של החומר, היא מספר השומות של החומר.

אם הגוף הומוגני, וקיבולת החום נחשבת בלתי תלויה בטמפרטורה, אזי ניתן לחשב את כמות החום () שהגוף מקבל כאשר הטמפרטורה שלו עולה בכמות:

שבו t 2, t 1 טמפרטורות הגוף לפני ואחרי חימום. שימו לב שכאשר מוצאים את ההבדל () בחישובים, ניתן להחליף את הטמפרטורות הן במעלות צלזיוס והן בקלווין.

נוסחה לכמות החום במהלך מעברי פאזה

המעבר משלב אחד של חומר לאחר מלווה בספיגה או שחרור של כמות מסוימת של חום, הנקרא חום המעבר.

לכן, כדי להעביר יסוד של חומר ממצב מוצק לנוזל, יש לתת לו כמות חום () השווה ל:

איפה החום הספציפי של היתוך, dm הוא האלמנט של מסת הגוף. יש לקחת בחשבון שעל הגוף להיות בטמפרטורה השווה לנקודת ההתכה של החומר המדובר. במהלך ההתגבשות משתחרר חום שווה ל-(4).

כמות החום (חום האידוי) הדרושה להמרת נוזל לאדים יכולה להימצא כ:

כאשר r הוא חום האידוי הספציפי. כאשר אדים מתעבים, חום משתחרר. חום האידוי שווה לחום ההתעבות של מסות שוות של חומר.

יחידות למדידת כמות החום

יחידת המדידה הבסיסית לכמות החום במערכת SI היא: [Q]=J

יחידת חום נוספת-מערכתית, שנמצאת לעתים קרובות בחישובים טכניים. [Q]=קלוריות (קלוריות). 1 cal=4.1868 J.

דוגמאות לפתרון בעיות

דוּגמָה

תַרגִיל.אילו כמויות מים יש לערבב כדי לקבל 200 ליטר מים בטמפרטורה של t = 40C, אם הטמפרטורה של מסה אחת של מים היא t 1 = 10 C, הטמפרטורה של מסת המים השנייה היא t 2 = 60 C ?

פִּתָרוֹן.הבה נכתוב את משוואת מאזן החום בצורה:

כאשר Q=cmt היא כמות החום שהוכנה לאחר ערבוב המים; Q 1 = cm 1 t 1 - כמות החום של חלק מים עם טמפרטורה t 1 ומסה m 1; Q 2 = cm 2 t 2 - כמות החום של חלק מים עם טמפרטורה t 2 ומסה m 2.

מהמשוואה (1.1) זה נובע:

כאשר משלבים חלקי מים קרים (V 1) וחמים (V 2) לנפח אחד (V), אנו יכולים להניח כי:

אז, אנחנו מקבלים מערכת משוואות:

לאחר שפתרנו את זה נקבל: