(yoki issiqlik uzatish).
Moddaning o'ziga xos issiqlik sig'imi.
Issiqlik quvvati- bu 1 daraja qizdirilganda tana tomonidan so'rilgan issiqlik miqdori.
Tananing issiqlik sig'imi katta lotin harfi bilan ko'rsatilgan BILAN.
Jismning issiqlik sig'imi nimaga bog'liq? Avvalo, uning massasidan. Masalan, 1 kilogramm suvni isitish uchun 200 gramm isitishdan ko'ra ko'proq issiqlik talab qilinishi aniq.
Moddaning turi haqida nima deyish mumkin? Keling, tajriba qilaylik. Keling, ikkita bir xil idishni olaylik va ulardan biriga 400 g og'irlikdagi suv, ikkinchisiga 400 g og'irlikdagi o'simlik moyini quyib, biz ularni bir xil o'choqlar yordamida isitishni boshlaymiz. Termometr ko'rsatkichlarini kuzatib, biz yog'ning tez qizib ketishini ko'ramiz. Suv va moyni bir xil haroratga qizdirish uchun suvni uzoqroq isitish kerak. Ammo suvni qancha uzoq isitsak, u burnerdan shunchalik ko'p issiqlik oladi.
Shunday qilib, har xil moddalarning bir xil massasini bir xil haroratgacha qizdirish har xil miqdordagi issiqlikni talab qiladi. Jismni isitish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori va shuning uchun uning issiqlik sig'imi tananing tarkibidagi moddaning turiga bog'liq.
Shunday qilib, masalan, 1 kg og'irlikdagi suvning haroratini 1 ° C ga oshirish uchun 4200 J ga teng issiqlik miqdori va kungaboqar yog'ini 1 ° C ga qizdirish uchun issiqlik miqdori talab qilinadi. 1700 J talab qilinadi.
1 kg moddani 1ºS ga qizdirish uchun qancha issiqlik kerakligini ko'rsatadigan fizik miqdor deyiladi. o'ziga xos issiqlik sig'imi ushbu moddadan.
Har bir moddaning o'ziga xos issiqlik sig'imi bor, u lotin harfi c bilan belgilanadi va kilogramm gradus uchun joul bilan o'lchanadi (J/(kg °C)).
Bir moddaning turli agregat holatidagi (qattiq, suyuq va gazsimon) solishtirma issiqlik sig'imi har xil. Masalan, suvning solishtirma issiqlik sig'imi 4200 J/(kg °C), muzning solishtirma issiqlik sig'imi 2100 J/(kg °C); qattiq holatda alyuminiyning solishtirma issiqlik sig'imi 920 J/(kg - °C), suyuq holatda esa - 1080 J/(kg - °C) ga teng.
E'tibor bering, suv juda yuqori o'ziga xos issiqlik quvvatiga ega. Shuning uchun dengiz va okeanlardagi suv yozda qizib, havodan katta miqdorda issiqlikni yutadi. Shu sababli, katta suv havzalari yaqinida joylashgan joylarda yoz suvdan uzoqroq joylarda bo'lgani kabi issiq emas.
Tanani isitish uchun zarur bo'lgan yoki sovutish paytida u tomonidan chiqarilgan issiqlik miqdorini hisoblash.
Yuqoridagilardan ma'lum bo'ladiki, tanani isitish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori tananing qaysi moddadan tashkil topganiga (ya'ni, uning o'ziga xos issiqlik sig'imi) va tananing massasiga bog'liq. Bundan tashqari, issiqlik miqdori tana haroratini qancha darajaga oshirmoqchi ekanligimizga bog'liqligi aniq.
Shunday qilib, tanani isitish uchun zarur bo'lgan yoki sovutish paytida chiqarilgan issiqlik miqdorini aniqlash uchun tananing o'ziga xos issiqlik sig'imini uning massasiga va oxirgi va boshlang'ich harorati o'rtasidagi farqga ko'paytirish kerak:
Q = sm (t 2 - t 1 ) ,
Qayerda Q- issiqlik miqdori, c- solishtirma issiqlik sig'imi; m- tana vazni, t 1 - boshlang'ich harorat; t 2 - oxirgi harorat.
Tana qizib ketganda t 2 > t 1 va shuning uchun Q > 0 . Tana soviganida t 2i< t 1 va shuning uchun Q< 0 .
Agar butun tananing issiqlik sig'imi ma'lum bo'lsa BILAN, Q formula bilan aniqlanadi:
Q = C (t 2 - t 1 ) .
Issiqlik miqdori haqidagi tushuncha materiyaning ichki tuzilishi, energiya nima ekanligi, tabiatda energiyaning qanday shakllari mavjudligi va energiya shakli sifatidagi haqida aniq tasavvurlar mavjud bo'lmaganda, zamonaviy fizika rivojlanishining dastlabki bosqichlarida shakllangan. materiyaning harakati va o'zgarishi.
Issiqlik miqdori deganda issiqlik almashinuvi jarayonida moddiy jismga o'tkaziladigan energiyaga ekvivalent jismoniy miqdor tushuniladi.
Eskirgan issiqlik birligi 4,2 J ga teng bo'lgan kaloriya hisoblanadi;
Dastlab, issiqlik energiyasining tashuvchisi suyuqlikning xususiyatlariga ega bo'lgan mutlaqo vaznsiz muhit ekanligi taxmin qilingan. Issiqlik uzatishning ko'plab jismoniy muammolari shu asosga asoslanib hal qilingan va hal qilinmoqda. Gipotetik kaloriya mavjudligi ko'plab to'g'ri konstruktsiyalar uchun asos bo'ldi. Kaloriya issiqlik va sovutish, erish va kristallanish hodisalarida chiqariladi va so'riladi, deb ishonilgan. Noto'g'ri jismoniy tushunchalar asosida issiqlik uzatish jarayonlari uchun to'g'ri tenglamalar olingan. Ma'lum qonun mavjud, unga ko'ra issiqlik miqdori issiqlik almashinuvida ishtirok etuvchi tananing massasiga va harorat gradientiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:
Bu erda Q - issiqlik miqdori, m - tana massasi va koeffitsient Bilan– o'ziga xos issiqlik sig'imi deb ataladigan miqdor. Maxsus issiqlik sig'imi - bu jarayonda ishtirok etadigan moddaning xarakteristikasi.
Termodinamikada ishlash
Issiqlik jarayonlari natijasida sof mexanik ishlarni bajarish mumkin. Masalan, gaz qizdirilganda uning hajmini oshiradi. Quyidagi rasmga o'xshash vaziyatni olaylik:
Bunday holda, mexanik ish bosim ostida piston bosib o'tgan yo'lga ko'paytiriladigan pistondagi gaz bosimi kuchiga teng bo'ladi. Albatta, bu eng oddiy holat. Ammo unda ham bitta qiyinchilikni sezish mumkin: bosim kuchi gaz hajmiga bog'liq bo'ladi, bu biz doimiylar bilan emas, balki o'zgaruvchan miqdorlar bilan ishlayotganimizni anglatadi. Har uch o'zgaruvchi: bosim, harorat va hajm bir-biri bilan bog'liq bo'lganligi sababli, hisoblash ishlari sezilarli darajada murakkablashadi. Ideal, cheksiz sekin jarayonlar mavjud: izobarik, izotermik, adiabatik va izoxorik - ular uchun bunday hisoblarni nisbatan sodda bajarish mumkin. Bosimning hajmga nisbatan grafigi chiziladi va ish shaklning integrali sifatida hisoblanadi.
721. Nima uchun ba'zi mexanizmlarni sovutish uchun suv ishlatiladi?
Suv yuqori o'ziga xos issiqlik quvvatiga ega, bu esa mexanizmdan issiqlikni yaxshi olib tashlashni osonlashtiradi.
722. Qaysi holatda ko'proq energiya sarflash kerak: bir litr suvni 1 ° S ga yoki yuz gramm suvni 1 ° C ga qizdirish uchun?
Bir litr suvni isitish uchun massa qancha ko'p bo'lsa, shuncha ko'p energiya sarflash kerak bo'ladi.
723. Bir xil massadagi kupronikel va kumush vilkalar issiq suvga tushirildi. Ular suvdan bir xil miqdorda issiqlik oladilarmi?
Kupronikel vilkasi ko'proq issiqlik oladi, chunki kupronikelning o'ziga xos issiqligi kumushnikidan kattaroqdir.
724. Massasi bir xil bo‘lgan qo‘rg‘oshin va cho‘yan bo‘lagi uch marta balyoz bilan urilgan. Qaysi parcha qizib ketdi?
Qo'rg'oshin qiziydi, chunki uning o'ziga xos issiqlik sig'imi quyma temirga qaraganda past va qo'rg'oshinni isitish uchun kamroq energiya sarflanadi.
725. Bir kolbada suv, ikkinchisida bir xil massa va haroratdagi kerosin bor. Har bir kolbaga bir xil qizdirilgan temir kub tushirildi. Yuqori haroratga nima qiziydi - suv yoki kerosin?
Kerosin.
726. Nima uchun qishda va yozda haroratning o'zgarishi dengiz qirg'og'idagi shaharlarda ichki qismda joylashgan shaharlarga qaraganda kamroq keskin bo'ladi?
Suv havoga qaraganda sekinroq qiziydi va soviydi. Qishda u soviydi va issiq havo massalarini quruqlikka ko'chiradi, bu esa qirg'oqdagi iqlimni iliqroq qiladi.
727. Alyuminiyning solishtirma issiqlik sig'imi 920 J/kg °C. Bu qanday ma'nono bildiradi?
Bu shuni anglatadiki, 1 kg alyuminiyni 1 ° C ga qizdirish uchun 920 J sarflash kerak bo'ladi.
728. Bir xil massali 1 kg alyuminiy va mis barlar 1 ° S ga sovutiladi. Har bir blokning ichki energiyasi qancha o'zgaradi? Qaysi bar uchun u ko'proq va qanchaga o'zgaradi?
729. Kilogramm temirni 45 °C ga qizdirish uchun qanday issiqlik miqdori kerak?
730. 0,25 kg suvni 30 °C dan 50 °C gacha qizdirish uchun qanday issiqlik miqdori kerak?
731. Ikki litr suv 5 °C ga qizdirilganda uning ichki energiyasi qanday o'zgaradi?
732. 5 g suvni 20 °C dan 30 °C gacha qizdirish uchun qanday issiqlik miqdori kerak?
733. Og'irligi 0,03 kg bo'lgan alyuminiy sharni 72 °C ga qizdirish uchun qanday issiqlik miqdori kerak?
734. 15 kg misni 80 °C ga qizdirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdorini hisoblang.
735. 5 kg misni 10 °C dan 200 °C gacha qizdirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdorini hisoblang.
736. 0,2 kg suvni 15 °C dan 20 °C gacha qizdirish uchun qanday issiqlik miqdori kerak?
737. 0,3 kg og'irlikdagi suv 20 °C ga sovigan. Suvning ichki energiyasi qanchaga kamaydi?
738. 20 °C haroratdagi 0,4 kg suvni 30 ° C haroratgacha qizdirish uchun qanday issiqlik miqdori kerak?
739. 2,5 kg suvni 20 °C ga qizdirish uchun qancha issiqlik sarflanadi?
740. 250 g suv 90 °C dan 40 °C gacha sovutilganda qanday issiqlik miqdori ajralib chiqdi?
741. 0,015 litr suvni 1 °C ga qizdirish uchun qanday issiqlik miqdori kerak?
742. Hajmi 300 m3 bo'lgan hovuzni 10 °C ga isitish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdorini hisoblang?
743. 1 kg suvning harorati 30 °C dan 40 °C gacha ko'tarilishi uchun unga qancha issiqlik qo'shilishi kerak?
744. Hajmi 10 litr bo'lgan suv 100 ° S haroratdan 40 ° S haroratgacha sovigan. Bu vaqt ichida qancha issiqlik ajralib chiqdi?
745. 1 m3 qumni 60 ° S ga qizdirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdorini hisoblang.
746. Havo hajmi 60 m3, o'ziga xos issiqlik quvvati 1000 J / kg ° S, havo zichligi 1,29 kg / m3. Uni 22 ° C ga ko'tarish uchun qancha issiqlik kerak?
747. Suv 10 °C ga qizdirilib, 4,20 103 J issiqlik sarflandi. Suv miqdorini aniqlang.
748. 0,5 kg og'irlikdagi suvga 20,95 kJ issiqlik berildi. Agar suvning dastlabki harorati 20 °C bo'lsa, suv harorati qanday bo'ldi?
749. Og'irligi 2,5 kg bo'lgan mis idishga 10 ° S haroratda 8 kg suv solingan. Tovadagi suvni qaynatish uchun qancha issiqlik kerak?
750. Og'irligi 300 g bo'lgan mis qoziqqa 15 °C haroratdagi litr suv quyiladi, cho'chqadagi suvni 85 ° C gacha qizdirish uchun qancha issiqlik kerak?
751. Og'irligi 3 kg bo'lgan qizdirilgan granit bo'lagi suvga solingan. Granit 12,6 kJ issiqlikni suvga o'tkazadi, 10 ° C ga soviydi. Toshning o'ziga xos issiqlik sig'imi qanday?
752. 50 ° C haroratda issiq suv 12 ° C haroratda 5 kg suvga qo'shilib, 30 ° C haroratli aralashmani oldi. Qancha suv qo'shdingiz?
753. 20 ° C da suv 60 ° C da 3 litr suvga qo'shildi, 40 ° C da suv oldi. Qancha suv qo'shdingiz?
754. 80 °C dagi 600 g suvni 20 ° C da 200 g suv bilan aralashtirsangiz, aralashmaning harorati qanday bo'ladi?
755. 90 ° C haroratda bir litr suv 10 ° C da suvga quyiladi va suv harorati 60 ° C ga aylandi. Qancha sovuq suv bor edi?
756. Agar idishda allaqachon 15 ° S haroratda 20 litr sovuq suv bo'lsa, idishga 60 ° C gacha qizdirilgan qancha issiq suv quyilishi kerakligini aniqlang; aralashmaning harorati 40 ° C bo'lishi kerak.
757. 425 g suvni 20 °C ga qizdirish uchun qancha issiqlik kerakligini aniqlang.
758. Agar suv 167,2 kJ qabul qilsa, 5 kg suv necha daraja qiziydi?
759. t1 haroratdagi m gramm suvni t2 haroratgacha qizdirish uchun qancha issiqlik talab qilinadi?
760. Kalorimetrga 15 °C haroratda 2 kg suv quyiladi. Agar unga 100 °C gacha qizdirilgan 500 g guruch og'irligi tushirilsa, kalorimetr suvi qanday haroratgacha qiziydi? Guruchning o'ziga xos issiqlik quvvati 0,37 kJ / (kg ° C).
761. Bir xil hajmdagi mis, qalay va alyuminiy bo'laklari mavjud. Ushbu qismlardan qaysi biri eng katta va qaysi biri eng kichik issiqlik sig'imiga ega?
762. Kalorimetrga harorati 20 °C bo'lgan 450 g suv quyildi. 100 ° C gacha qizdirilgan 200 g temir parchalari bu suvga botirilganda, suv harorati 24 ° C ga ko'tarildi. Talaşning solishtirma issiqlik sig’imini aniqlang.
763. Og'irligi 100 g bo'lgan mis kalorimetri 738 g suvni ushlab turadi, uning harorati 15 ° C. 200 g mis bu kalorimetrga 100 ° C haroratda tushirildi, shundan so'ng kalorimetrning harorati 17 ° C ga ko'tarildi. Misning solishtirma issiqlik sig'imi qanday?
764. Og'irligi 10 g bo'lgan po'latdan yasalgan shar pechdan chiqariladi va 10 ° S haroratda suvga solinadi. Suv harorati 25 ° C gacha ko'tarildi. Agar suvning massasi 50 g bo'lsa, pechdagi sharning harorati qanday bo'lgan? Po'latning o'ziga xos issiqlik sig'imi 0,5 kJ / (kg ° C).
770. 2 kg og'irlikdagi po'latdan yasalgan to'sar 800 ° S haroratgacha qizdirilgan va keyin 10 ° S haroratda 15 litr suv bo'lgan idishga tushirilgan. Idishdagi suv qanday haroratgacha qiziydi?
(Ko'rsatkich: Ushbu muammoni hal qilish uchun, to'sarni tushirgandan keyin idishdagi suvning noma'lum harorati noma'lum sifatida qabul qilinadigan tenglamani yaratish kerak.)
771. 15 °C da 0,02 kg suv, 25 °C da 0,03 kg suv va 60 °C da 0,01 kg suv aralashtirilsa, suv qanday haroratga ega bo'ladi?
772. Yaxshi shamollatiladigan sinfni isitish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori soatiga 4,19 MJ ni tashkil qiladi. Suv isitish radiatorlariga 80 ° C haroratda kiradi va ularni 72 ° C da qoldiradi. Radiatorlarga har soatda qancha suv berish kerak?
773. 100 ° S haroratda 0,1 kg og'irlikdagi qo'rg'oshin 15 ° C haroratda 0,24 kg suvni o'z ichiga olgan 0,04 kg og'irlikdagi alyuminiy kalorimetrga tushirildi. Shundan so'ng kalorimetrdagi harorat 16 ° C ga yetdi. Qo'rg'oshinning solishtirma issiqligi nimaga teng?
Termodinamik tizimning ichki energiyasini ikki yo'l bilan o'zgartirish mumkin:
- tizimda ishlash,
- termal o'zaro ta'sirdan foydalanish.
Issiqlikning tanaga o'tishi tanadagi makroskopik ishlarni bajarish bilan bog'liq emas. Bunday holda, ichki energiyaning o'zgarishi harorat yuqori bo'lgan tananing alohida molekulalarining harorati pastroq bo'lgan tananing ba'zi molekulalarida ishlashi bilan bog'liq. Bunday holda, issiqlik o'zaro ta'siri issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli amalga oshiriladi. Energiyani uzatish radiatsiya yordamida ham mumkin. Mikroskopik jarayonlar tizimi (butun tanaga emas, balki alohida molekulalarga tegishli) issiqlik uzatish deb ataladi. Issiqlik almashinuvi natijasida bir jismdan ikkinchisiga o'tadigan energiya miqdori bir jismdan ikkinchisiga o'tgan issiqlik miqdori bilan belgilanadi.
Ta'rif
Issiqlik atrofdagi jismlar (atrof-muhit) bilan issiqlik almashinuvi jarayonida jism tomonidan olingan (yoki berilgan) energiyaga ishora qiladi.
Issiqlik belgisi odatda Q harfidir.
Bu termodinamikaning asosiy kattaliklaridan biridir. Issiqlik termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlarining matematik ifodalariga kiradi. Issiqlik molekulyar harakat shaklidagi energiya deyiladi.
Issiqlik tizimga (tanaga) o'tkazilishi yoki undan olinishi mumkin. Agar issiqlik tizimga o'tkazilsa, u ijobiy bo'ladi, deb ishoniladi.
Harorat o'zgarganda issiqlikni hisoblash formulasi
Tizimga beriladigan issiqlikning elementar miqdori va harorat T dan T+dT gacha o'zgaradi:
bu erda C - tananing issiqlik sig'imi. Agar ko'rib chiqilayotgan jism bir hil bo'lsa, issiqlik miqdori uchun formula (1) quyidagicha ifodalanishi mumkin:
bu yerda tananing solishtirma issiqlik sig'imi, m - tananing massasi, molyar issiqlik sig'imi, moddaning molyar massasi, moddaning mollari soni.
Agar tana bir hil bo'lsa va issiqlik sig'imi haroratga bog'liq bo'lmagan deb hisoblansa, uning harorati bir miqdorga ko'tarilganda tananing oladigan issiqlik miqdorini () quyidagicha hisoblash mumkin:
bu erda t 2, t 1 isitishdan oldin va keyin tana harorati. Shuni esda tutingki, hisob-kitoblarda farqni () topishda haroratni Selsiy bo'yicha ham, kelvinlarda ham almashtirish mumkin.
Fazali o'tish paytida issiqlik miqdori uchun formula
Moddaning bir fazasidan ikkinchi fazaga o'tishi ma'lum miqdordagi issiqlikning yutilishi yoki chiqishi bilan birga keladi, bu faza o'tish issiqligi deb ataladi.
Shunday qilib, moddaning elementini qattiq holatdan suyuqlikka o'tkazish uchun unga teng issiqlik miqdori () berilishi kerak:
bu erda sintezning solishtirma issiqligi, dm - tana massasining elementi. Tananing ushbu moddaning erish nuqtasiga teng haroratga ega bo'lishi kerakligini hisobga olish kerak. Kristallanish jarayonida issiqlik (4) ga teng bo'ladi.
Suyuqlikni bug'ga aylantirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdorini (bug'lanish issiqligini) quyidagicha topish mumkin:
Bu erda r - bug'lanishning solishtirma issiqligi. Bug 'kondensatsiyalanganda issiqlik chiqariladi. Bug'lanish issiqligi teng massali moddalarning kondensatsiya issiqligiga teng.
Issiqlik miqdorini o'lchash birliklari
SI tizimidagi issiqlik miqdorining asosiy o'lchov birligi: [Q]=J
Texnik hisob-kitoblarda tez-tez uchraydigan issiqlikning qo'shimcha tizim birligi. [Q]=kal (kaloriya). 1 kal=4,1868 J.
Muammoni hal qilishga misollar
Misol
Mashq qilish. t = 40C haroratda 200 litr suv olish uchun qanday hajmdagi suvni aralashtirish kerak, agar suvning bir massasining harorati t 1 = 10 C bo'lsa, ikkinchi massa suvning harorati t 2 = 60 C bo'ladi. ?
Yechim. Issiqlik balansi tenglamasini quyidagi shaklda yozamiz:
bu yerda Q=cmt - suv aralashgandan keyin tayyorlangan issiqlik miqdori; Q 1 = sm 1 t 1 - harorat t 1 va massasi m 1 bo'lgan suvning bir qismining issiqlik miqdori; Q 2 = sm 2 t 2 - harorat t 2 va massasi m 2 bo'lgan suvning bir qismining issiqlik miqdori.
(1.1) tenglamadan kelib chiqadi:
Suvning sovuq (V 1) va issiq (V 2) qismlarini bitta hajmga (V) birlashtirganda, biz quyidagilarni taxmin qilishimiz mumkin:
Shunday qilib, biz tenglamalar tizimini olamiz:
Buni hal qilib, biz quyidagilarni olamiz:
