Menyu
Pulsuz
Qeydiyyat
Ev  /  Boşalma/ İstiliyin miqdarını necə hesablamaq olar. İstiliyin miqdarını, istilik effektini və əmələ gəlmə istiliyini necə hesablamaq olar

İstilik miqdarını necə hesablamaq olar. İstiliyin miqdarını, istilik effektini və əmələ gəlmə istiliyini necə hesablamaq olar

1. İş görməklə daxili enerjinin dəyişməsi işin miqdarı ilə xarakterizə olunur, yəni. iş müəyyən bir prosesdə daxili enerjinin dəyişməsinin ölçüsüdür. İstilik ötürülməsi zamanı cismin daxili enerjisinin dəyişməsi adlanan kəmiyyətlə xarakterizə olunur istilik miqdarı.

İstiliyin miqdarı, iş görmədən istilik ötürmə prosesi zamanı bədənin daxili enerjisinin dəyişməsidir.

İstiliyin miqdarı ​\(Q\) ​ hərfi ilə işarələnir. İstiliyin miqdarı daxili enerjinin dəyişməsinin ölçüsü olduğundan, onun vahidi joule (1 J) təşkil edir.

Bədən iş görmədən müəyyən miqdarda istilik ötürdükdə onun daxili enerjisi artır, əgər bədən müəyyən miqdarda istilik verirsə, onda onun daxili enerjisi azalır;

2. İki eyni qaba 100 q su töksəniz, birinə eyni temperaturda və 400 q su töksəniz və onları eyni ocaqlara qoyarsanız, birinci qabdakı su daha tez qaynayacaqdır. Beləliklə, bir cismin kütləsi nə qədər çox olarsa, onun qızdırılması üçün tələb olunan istilik miqdarı bir o qədər çox olar. Eyni şey soyumağa da aiddir: daha böyük kütləli bir cisim soyuduqda, daha çox istilik verir. Bu cisimlər eyni maddədən ibarətdir və onlar eyni dərəcədə qızdırılır və ya soyuyur.

​3. İndi 100 q suyu 30-dan 60 ° C-ə qədər qızdırsaq, yəni. 30 °C-də, sonra isə 100 °C-ə qədər, yəni. 70 ° C-ə qədər, onda birinci halda ikinci ilə müqayisədə qızdırmaq üçün daha az vaxt lazımdır və müvafiq olaraq suyun 30 ° C-də qızdırılması suyun 70 ° C-yə qədər qızdırılmasından daha az istilik tələb edəcəkdir. Beləliklə, istilik miqdarı son ​\((t_2\,^\circ C) \) ​ və ilkin \((t_1\,^\circ C) \) temperaturları arasındakı fərqlə düz mütənasibdir: ​\( Q\sim(t_2- t_1) \) .

4. Əgər indi bir qaba 100 q su töksəniz və başqa eyni qaba bir az su töksəniz və içinə onun kütləsi və suyun kütləsi 100 q olsun deyə metal gövdə qoysanız və qabları eyni plitələr üzərində qızdırsanız, onda yalnız su olan bir qabda su və metal gövdədən daha aşağı temperatur olacağını görəcəksiniz. Buna görə də, hər iki qabdakı məzmunun temperaturunun eyni olması üçün suya və metal gövdəyə nisbətən daha çox istilik ötürmək lazımdır. Beləliklə, bədəni qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarı bədənin hansı maddədən hazırlandığından asılıdır.

5. Bədəni qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarının maddənin növündən asılılığı xarakterizə olunur fiziki kəmiyyət, çağırdı xüsusi istilik tutumu maddələr.

1 kq maddəni 1 ° C (və ya 1 K) qızdırmaq üçün ona verilməli olan istilik miqdarına bərabər olan fiziki kəmiyyət maddənin xüsusi istilik tutumu adlanır.

1 kq maddə 1 °C soyuduqda eyni miqdarda istilik buraxır.

Xüsusi istilik tutumu ​\(c\) ​ hərfi ilə işarələnir. Xüsusi istilik tutumunun vahidi 1 J/kq °C və ya 1 J/kq K-dir.

Maddələrin xüsusi istilik tutumu eksperimental olaraq müəyyən edilir. Mayelərin xüsusi istilik tutumu metallardan daha yüksəkdir; Su ən yüksək xüsusi istiliyə malikdir, qızıl çox kiçik xüsusi istiliyə malikdir.

Qurğunun xüsusi istiliyi 140 J/kq °C-dir. Bu o deməkdir ki, 1 kq qurğuşunu 1 °C qızdırmaq üçün 140 J istilik miqdarı sərf etmək lazımdır. 1 kq su 1 °C soyuduqda eyni miqdarda istilik ayrılacaq.

İstiliyin miqdarı bədənin daxili enerjisinin dəyişməsinə bərabər olduğundan deyə bilərik ki, xüsusi istilik tutumu 1 kq maddənin temperaturu 1 °C dəyişdikdə onun daxili enerjisinin nə qədər dəyişdiyini göstərir. Xüsusilə, 1 kq qurğuşunun daxili enerjisi 1 °C qızdırıldıqda 140 J artır, soyuduqda isə 140 J azalır.

Kütləvi cismi ​\(m \) ​ temperaturdan \((t_1\,^\circ C) \) temperaturdan \((t_2\,^\) qədər qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarı ​\(Q \) ​circ C) \) maddənin xüsusi istilik tutumunun, bədən kütləsinin və son və ilkin temperaturlar arasındakı fərqin hasilinə bərabərdir, yəni.

\[ Q=sm(t_2()^\circ-t_1()^\circ) \]

Bədənin soyuduqda verdiyi istilik miqdarını hesablamaq üçün eyni düsturdan istifadə olunur. Yalnız bu halda son temperatur ilkin temperaturdan çıxılmalıdır, yəni. -dan daha böyük dəyər aşağı temperaturu çıxarın.

6. Problemin həlli nümunəsi. 20 ° C temperaturda 100 q su, 80 ° C temperaturda 200 q su olan bir stəkana tökülür. Bundan sonra qabda temperatur 60 ° C-ə çatdı. Nə qədər istilik aldınız? soyuq su və isti su verdi?

Problemi həll edərkən aşağıdakı hərəkətlər ardıcıllığını yerinə yetirməlisiniz:

  1. problemin şərtlərini qısaca yazın;
  2. kəmiyyətlərin dəyərlərini SI-yə çevirmək;
  3. problemi təhlil edin, hansı orqanların istilik mübadiləsində iştirak etdiyini, hansı orqanların enerji verdiyini və hansının qəbul etdiyini müəyyənləşdirin;
  4. içində problemi həll edin ümumi görünüş;
  5. hesablamalar aparmaq;
  6. alınan cavabı təhlil edin.

1. Problemli vəziyyət.

Verildi:
​\(m_1 \) ​ = 200 q
​\(m_2\) ​ = 100 q
​\(t_1 \) ​ = 80 °C
​\(t_2 \) ​ = 20 °C
​\(t\) ​ = 60 °C
______________

​\(Q_1 \) ​ — ? ​\(Q_2 \) ​ — ?
​\(c_1 \) ​ = 4200 J/kq °C

2. SI:​\(m_1\) ​ = 0,2 kq; ​\(m_2\) ​ = 0,1 kq.

3. Tapşırıq təhlili. Problem isti və arasında istilik mübadiləsi prosesini təsvir edir soyuq su. İsti su ​\(Q_1 \) ​ miqdar istilik verir və ​\(t_1 \) ​ temperaturundan ​\(t \) ​ temperaturuna qədər soyuyur. Soyuq su ​\(Q_2 \) ​ istilik miqdarını alır və ​\(t_2 \) ​ temperaturundan ​\(t \) ​ temperaturuna qədər qızdırılır.

4. Problemin ümumi formada həlli. İsti suyun verdiyi istilik miqdarı aşağıdakı düsturla hesablanır: ​\(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) ​.

Soyuq suyun qəbul etdiyi istilik miqdarı düsturla hesablanır: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

5. Hesablamalar.
​\(Q_1 \) ​ = 4200 J/kq · °С · 0,2 kq · 20 °С = 16800 J
\(Q_2\) = 4200 J/kq °C 0,1 kq 40 °C = 16800 J

6. Cavab budur ki, isti suyun verdiyi istilik miqdarı soyuq suyun qəbul etdiyi istilik miqdarına bərabərdir. Bu zaman ideallaşdırılmış vəziyyət nəzərdən keçirilmiş və suyun yerləşdiyi şüşəni və ətrafdakı havanı qızdırmaq üçün müəyyən miqdarda istilik sərf edildiyi nəzərə alınmamışdır. Əslində, isti suyun verdiyi istilik miqdarı soyuq suyun qəbul etdiyi istilik miqdarından çoxdur.

1-ci hissə

1. Gümüşün xüsusi istilik tutumu 250 J/(kq °C) təşkil edir. Bu nə deməkdir?

1) 1 kq gümüş 250 °C-də soyuduqda 1 J istilik miqdarı ayrılır.
2) 250 kq gümüş 1 °C soyuduqda 1 J istilik miqdarı ayrılır.
3) 250 kq gümüş 1 °C soyuduqda 1 J istilik miqdarı udulur.
4) 1 kq gümüş 1 °C soyuduqda 250 J istilik miqdarı ayrılır.

2. Sinkin xüsusi istilik tutumu 400 J/(kq °C) təşkil edir. Bu o deməkdir ki

1) 1 kq sink 400 °C qızdırıldıqda onun daxili enerjisi 1 J artır.
2) 400 kq sink 1 °C qızdırıldıqda onun daxili enerjisi 1 J artır.
3) 400 kq sinki 1 °C qızdırmaq üçün 1 J enerji sərf etmək lazımdır.
4) 1 kq sinki 1 °C qızdırdıqda onun daxili enerjisi 400 J artır.

3. İstilik miqdarını ​\(Q \) ​kütləsi ​\(m \) ​ olan bərk cismə köçürdükdə bədən istiliyi ​\(\Delta t^\circ \) ​ artdı. Aşağıdakı ifadələrdən hansı bu cismin maddəsinin xüsusi istilik tutumunu təyin edir?

1) ​\(\frac(m\Delta t^\circ)(Q) \)​
2) \(\frac(Q)(m\Delta t^\circ) \)​
3) \(\frac(Q)(\Delta t^\circ) \) ​
4) \(Qm\Delta t^\circ \) ​

4. Şəkildə eyni kütləli iki cismi (1 və 2) qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarının temperaturdan asılılığının qrafiki verilmişdir. Bu cisimlərin düzəldildiyi maddələrin xüsusi istilik tutumunun qiymətlərini (​\(c_1 \) ​ və ​\(c_2 \) ​) müqayisə edin.

1) ​\(c_1=c_2 \) ​
2) ​\(c_1>c_2 \) ​
3)\(c_1 4) cavab cisimlərin kütləsinin qiymətindən asılıdır

5. Diaqram eyni kütləli iki cismin temperaturu eyni sayda dərəcə dəyişdikdə onlara ötürülən istilik miqdarını göstərir. Cismlərdən əmələ gələn maddələrin xüsusi istilik tutumları üçün hansı əlaqə düzgündür?

1) \(c_1=c_2\)
2) \(c_1=3c_2\)
3) \(c_2=3c_1\)
4) \(c_2=2c_1\)

6. Şəkildə bərk cismin verdiyi istilik miqdarından asılı olaraq onun temperaturunun qrafiki göstərilir. Bədən çəkisi 4 kq. Bu cismin maddəsinin xüsusi istilik tutumu nə qədərdir?

1) 500 J/(kq °C)
2) 250 J/(kq °C)
3) 125 J/(kq °C)
4) 100 J/(kq °C)

7. 100 q çəkisi olan kristal maddəni qızdırarkən maddənin temperaturu və maddəyə verilən istilik miqdarı ölçülür. Ölçmə məlumatları cədvəl şəklində təqdim edilmişdir. Enerji itkilərinin nəzərə alınmadığını fərz etsək, maddənin bərk vəziyyətdə olan xüsusi istilik tutumunu təyin edin.

1) 192 J/(kq °C)
2) 240 J/(kq °C)
3) 576 J/(kq °C)
4) 480 J/(kq °C)

8. 192 q molibdeni 1 K qızdırmaq üçün ona 48 J istilik miqdarını ötürmək lazımdır ki, bu maddənin xüsusi istiliyi nədir?

1) 250 J/(kq K)
2) 24 J/(kq K)
3) 4·10 -3 J/(kq K)
4) 0,92 J/(kq K)

9. 100 q qurğuşunu 27-dən 47 °C-ə qədər qızdırmaq üçün nə qədər istilik lazımdır?

1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ

10. Bir kərpicin 20-dən 85 ° C-ə qədər qızdırılması, eyni kütlənin suyunun 13 ° C-yə qədər qızdırılması ilə eyni miqdarda istilik tələb edir. Kərpicin xüsusi istilik tutumu

1) 840 J/(kq K)
2) 21000 J/(kq K)
3) 2100 J/(kq K)
4) 1680 J/(kq K)

11. Aşağıdakı ifadələr siyahısından iki düzgün olanı seçin və onların nömrələrini cədvələ yazın.

1) Bir cismin temperaturu müəyyən dərəcə artdıqda aldığı istilik miqdarı bu cismin temperaturu eyni dərəcədə azaldıqda verdiyi istilik miqdarına bərabərdir.
2) Maddə soyuduqda onun daxili enerjisi artır.
3) Maddənin qızdırıldığı zaman aldığı istilik miqdarı əsasən onun molekullarının kinetik enerjisini artırmaq üçün istifadə olunur.
4) Maddənin qızdırıldığı zaman aldığı istilik miqdarı əsasən onun molekullarının qarşılıqlı təsirinin potensial enerjisini artırmaq üçün istifadə olunur.
5) Cismin daxili enerjisini ancaq ona müəyyən miqdarda istilik verməklə dəyişmək olar

12. Cədvəl ​\(m\) ​, temperatur dəyişiklikləri ​\(\Delta t\) ​ və mis və ya alüminiumdan hazırlanmış silindrlərin soyudulması zamanı ayrılan istilik miqdarının ​\(Q\) ölçmələrinin nəticələrini təqdim edir. .

Hansı ifadələr təcrübənin nəticələrinə uyğundur? Təqdim olunan siyahıdan iki düzgün olanı seçin. Onların nömrələrini göstərin. Alınan ölçmələrə əsasən, soyutma zamanı ayrılan istilik miqdarının olduğunu iddia etmək olar

1) silindrin hazırlandığı maddədən asılıdır.
2) silindrin hansı maddədən hazırlanmasından asılı deyil.
3) silindr kütləsinin artması ilə artır.
4) temperatur fərqinin artması ilə artır.
5) alüminiumun xüsusi istilik tutumu qalayın xüsusi istilik tutumundan 4 dəfə böyükdür.

2-ci hissə

C1. 2 kVt-lıq bir sobaya 2 kq ağırlığında bərk cisim qoyulur və qızmağa başlayır. Şəkildə bu cismin ​\(t\) ​ temperaturunun ​\(\tau \) ​ istiləşmə müddətindən asılılığı göstərilir. Maddənin xüsusi istilik tutumu nədir?

1) 400 J/(kq °C)
2) 200 J/(kq °C)
3) 40 J/(kq °C)
4) 20 J/(kq °C)

Cavablar

Məqaləmizin diqqət mərkəzində istilik miqdarıdır. Bu kəmiyyət dəyişdikdə çevrilən daxili enerji anlayışını nəzərdən keçirəcəyik. İnsan fəaliyyətində hesablamaların istifadəsinə dair bəzi nümunələri də göstərəcəyik.

İstilik

Hər bir insanın öz ana dilində hər hansı bir sözlə öz assosiasiyası var. Onlar şəxsi təcrübə və irrasional hisslər ilə müəyyən edilir. “İstilik” sözünü eşidəndə ağlınıza adətən nə gəlir? Yumşaq yorğan, qışda işləyən mərkəzi istilik radiatoru, yazda ilk günəş işığı, pişik. Ya da ana baxışı, dostun təsəlliverici sözü, vaxtında diqqət.

Fiziklər bununla çox konkret bir termin nəzərdə tuturlar. Və çox vacibdir, xüsusən də bu mürəkkəb, lakin maraqlı elmin bəzi bölmələrində.

Termodinamika

Enerjinin saxlanması qanununun əsaslandığı ən sadə proseslərdən ayrı olaraq istilik miqdarını nəzərə almağa dəyməz - heç bir şey aydın olmayacaq. Ona görə də əvvəlcə onları oxucularımıza xatırladaq.

Termodinamika hər hansı bir şeyi və ya obyekti çox sayda elementar hissələrin - atomların, ionların, molekulların birləşməsi hesab edir. Onun tənlikləri makroparametrlər dəyişdikdə sistemin bütövlükdə və bütövün bir hissəsi kimi kollektiv vəziyyətindəki hər hansı dəyişikliyi təsvir edir. Sonuncu temperatura (T kimi qeyd olunur), təzyiqə (P), komponentlərin konsentrasiyasına (adətən C) aiddir.

Daxili enerji

Daxili enerji olduqca mürəkkəb bir termindir, istilik miqdarı haqqında danışmadan əvvəl mənasını başa düşməyə dəyər. O, obyektin makroparametrlərinin dəyəri artdıqda və ya azaldıqda dəyişən enerjini ifadə edir və istinad sistemindən asılı deyil. O, ümumi enerjinin bir hissəsidir. Tədqiq olunan şeyin kütlə mərkəzinin istirahətdə olduğu şəraitdə (yəni kinetik komponent yoxdur) onunla üst-üstə düşür.

Bir şəxs bir cismin (məsələn, velosipedin) isindiyini və ya soyuduğunu hiss etdikdə, bu, o sistemi təşkil edən bütün molekulların və atomların daxili enerjisində dəyişiklik olduğunu göstərir. Ancaq sabit temperatur bu göstəricinin saxlanması demək deyil.

İş və istilik

İstənilən termodinamik sistemin daxili enerjisi iki yolla çevrilə bilər:

  • üzərində iş görməklə;
  • ilə istilik mübadiləsi zamanı mühit.

Bu prosesin düsturu belə görünür:

dU=Q-A, burada U daxili enerji, Q istilik, A işdir.

Oxucu ifadənin sadəliyinə aldanmasın. Yenidən tənzimləmə göstərir ki, Q=dU+A, lakin entropiyanın (S) tətbiqi düsturu dQ=dSxT formasına gətirir.

Bu halda tənlik diferensial formasını aldığından birinci ifadə eynini tələb edir. Sonra, tədqiq olunan obyektdə hərəkət edən qüvvələrdən və hesablanan parametrdən asılı olaraq tələb olunan nisbət alınır.

Termodinamik sistemə misal olaraq metal topu götürək. Əgər üzərinə basarsansa, yuxarıya atsan, dərin bir quyuya atsan, bu, üzərində işləmək deməkdir. Zahirən, bütün bu zərərsiz hərəkətlər topa heç bir zərər verməyəcək, lakin onun daxili enerjisi çox az da olsa dəyişəcək.

İkinci üsul istilik mübadiləsidir. İndi bu məqalənin əsas məqsədinə gəlirik: istilik miqdarının nə olduğunun təsviri. Bu, istilik mübadiləsi zamanı baş verən termodinamik sistemin daxili enerjisində dəyişiklikdir (yuxarıdakı düstura baxın). Joul və ya kalori ilə ölçülür. Aydındır ki, topu alışqan üzərində, günəşdə və ya sadəcə isti bir əllə tutsanız, o, qızdırılacaq. Və sonra ona verilən istilik miqdarını tapmaq üçün temperaturun dəyişməsindən istifadə edə bilərsiniz.

Niyə qaz daxili enerjinin dəyişməsinin ən yaxşı nümunəsidir və niyə məktəblilər buna görə fizikanı sevmirlər

Yuxarıda bir metal topun termodinamik parametrlərindəki dəyişiklikləri təsvir etdik. Xüsusi qurğular olmadan onlar çox nəzərə çarpmır və oxucu yalnız obyektlə baş verən proseslər haqqında söz götürə bilər. Sistemin qaz olması başqa məsələdir. Üzərinə basın - görünəcək, qızdırın - təzyiq artacaq, yerin altına endirəcək - və onu asanlıqla qeyd etmək olar. Buna görə də, dərsliklərdə qazdan ən çox vizual termodinamik sistem kimi istifadə olunur.

Ancaq təəssüf ki, müasir təhsildə real təcrübələrə çox diqqət yetirilmir. Metodiki vəsaiti yazan alim nəyin təhlükədə olduğunu mükəmməl başa düşür. Ona elə gəlir ki, qaz molekullarının nümunəsindən istifadə etməklə bütün termodinamik parametrlər düzgün nümayiş etdiriləcək. Amma bu dünyanı yeni kəşf edən tələbə nəzəri porşenli ideal kolba haqqında eşitməkdən sıxılır. Məktəbdə həqiqi tədqiqat laboratoriyaları olsaydı və orada işləmək üçün saatlar ayrılsaydı, hər şey başqa cür olardı. Təəssüf ki, bu günə qədər təcrübələr yalnız kağız üzərindədir. Və çox güman ki, insanların fizikanın bu sahəsini sırf nəzəri, həyatdan uzaq və lazımsız bir şey hesab etməsinin səbəbi də budur.

Buna görə də yuxarıda qeyd olunan velosipeddən nümunə kimi istifadə etmək qərarına gəldik. Bir şəxs pedalları sıxır və onların üzərində işləyir. Bütün mexanizmə fırlanma anı verməklə yanaşı (velosiped kosmosda hərəkət edir), qolların düzəldildiyi materialların daxili enerjisi dəyişir. Velosipedçi dönmək üçün tutacaqları sıxır və yenidən işi görür.

Xarici örtüyün (plastik və ya metal) daxili enerjisi artır. Bir adam parlaq günəşin altında təmizliyə çıxır - velosiped qızdırır, istilik miqdarı dəyişir. Köhnə bir palıd ağacının kölgəsində istirahət etməyi dayandırır və sistem soyuyur, kalori və ya joule itirir. Sürəti artırır - enerji mübadiləsini artırır. Ancaq bütün bu hallarda istilik miqdarının hesablanması çox kiçik, görünməz bir dəyər göstərəcəkdir. Ona görə də belə görünür ki, real həyatda termodinamik fizikanın heç bir təzahürü yoxdur.

İstiliyin miqdarının dəyişməsi üçün hesablamaların tətbiqi

Oxucu yəqin deyəcək ki, bütün bunlar çox tərbiyəvidir, bəs biz niyə məktəbdə bu düsturlarla bu qədər əzab çəkirik? İndi biz nümunələr verəcəyik ki, insan fəaliyyətinin hansı sahələrində onlara birbaşa ehtiyac var və bunun gündəlik həyatında hər kəsə necə aiddir.

Əvvəlcə ətrafınıza baxın və sayın: sizi neçə metal obyekt əhatə edir? Yəqin ki, ondan artıqdır. Ancaq kağız klipi, karetka, üzük və ya flash sürücüyə çevrilməzdən əvvəl hər hansı bir metal ərimə keçir. Məsələn, dəmir filizi emal edən hər bir zavod, xərcləri optimallaşdırmaq üçün nə qədər yanacaq tələb olunduğunu başa düşməlidir. Və bunu hesablayarkən metal tərkibli xammalın istilik tutumunu və bütün texnoloji proseslərin baş verməsi üçün ona verilməli olan istilik miqdarını bilmək lazımdır. Yanacaq vahidi tərəfindən buraxılan enerji joul və ya kalori ilə hesablandığı üçün düsturlara birbaşa ehtiyac var.

Və ya başqa bir misal: əksər supermarketlərdə dondurulmuş mallar - balıq, ət, meyvələr olan bir şöbə var. Heyvan ətindən və ya dəniz məhsullarından alınan xammal yarımfabrikatlara çevrildikdə, soyuducu və dondurma qurğularının bir ton və ya hazır məhsul vahidinə nə qədər elektrik enerjisi sərf edəcəyini bilməlidirlər. Bunu etmək üçün bir kiloqram çiyələk və ya kalamar bir dərəcə Selsi ilə soyuduqda nə qədər istilik itirdiyini hesablamaq lazımdır. Və sonda bu, müəyyən bir gücün bir dondurucunun nə qədər elektrik istehlak edəcəyini göstərəcəkdir.

Təyyarələr, gəmilər, qatarlar

Yuxarıda müəyyən miqdar istilik verilən və ya əksinə, müəyyən miqdarda istilik götürülən nisbətən hərəkətsiz, statik obyektlərin nümunələrini göstərdik. Əməliyyat zamanı daim dəyişən temperatur şəraitində hərəkət edən obyektlər üçün istilik miqdarının hesablanması başqa bir səbəbdən vacibdir.

“Metal yorğunluğu” kimi bir şey var. Müəyyən bir temperatur dəyişikliyində maksimum icazə verilən yükləri də əhatə edir. Təsəvvür edin ki, bir təyyarə rütubətli tropiklərdən donmuş yuxarı atmosferə qalxır. Mühəndislər onun temperatur dəyişdiyi zaman metalda yaranan çatlar səbəbindən dağılmaması üçün çox çalışmalıdırlar. Onlar real yüklərə tab gətirə bilən və böyük təhlükəsizlik marjasına malik bir ərinti tərkibi axtarırlar. İstədiyiniz kompozisiyaya təsadüfən büdrəmək ümidi ilə kor-koranə axtarış etməmək üçün istilik miqdarında dəyişikliklər də daxil olmaqla bir çox hesablamalar aparmalısınız.

İstilik tutumu- bu, 1 dərəcə qızdırıldıqda bədən tərəfindən qəbul edilən istilik miqdarıdır.

Bədənin istilik tutumu böyük Latın hərfi ilə göstərilir İLƏ.

Bədənin istilik tutumu nədən asılıdır? Hər şeydən əvvəl onun kütləsindən. Aydındır ki, məsələn, 1 kiloqram suyun qızdırılması 200 qramın qızdırılmasından daha çox istilik tələb edəcək.

Bəs maddənin növü? Bir təcrübə edək. İki eyni qab götürək və onlardan birinə 400 q ağırlığında su, digərinə isə 400 q ağırlığında bitki yağı tökdükdən sonra eyni ocaqlardan istifadə edərək onları qızdırmağa başlayacağıq. Termometr oxunuşlarını müşahidə edərək, yağın tez qızdığını görəcəyik. Suyu və yağı eyni temperaturda qızdırmaq üçün suyu daha uzun müddət qızdırmaq lazımdır. Ancaq suyu nə qədər qızdırsaq, ocaqdan bir o qədər çox istilik alır.

Beləliklə, müxtəlif maddələrin eyni kütləsini eyni temperatura qədər qızdırmaq üçün müxtəlif miqdarda istilik tələb olunur. Bədəni qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarı və buna görə də onun istilik tutumu bədənin təşkil etdiyi maddənin növündən asılıdır.

Beləliklə, məsələn, 1 kq ağırlığında suyun temperaturunu 1 ° C artırmaq üçün 4200 J-ə bərabər istilik miqdarı tələb olunur və günəbaxan yağının eyni kütləsini 1 ° C qızdırmaq üçün ona bərabər istilik miqdarı lazımdır. 1700 J tələb olunur.

1 kq maddəni 1 ºС qızdırmaq üçün nə qədər istilik tələb olunduğunu göstərən fiziki kəmiyyət deyilir. xüsusi istilik tutumu bu maddədən.

Hər bir maddənin özünəməxsus istilik tutumu var ki, bu da Latın hərfi c ilə işarələnir və hər kiloqram dərəcə üçün joul ilə ölçülür (J/(kq °C)).

Eyni maddənin müxtəlif birləşmə vəziyyətlərində (bərk, maye və qaz halında) xüsusi istilik tutumu fərqlidir. Məsələn, suyun xüsusi istilik tutumu 4200 J/(kq °C), buzun xüsusi istilik tutumu isə 2100 J/(kq °C); bərk halda alüminium 920 J/(kq - °C), maye halda isə 1080 J/(kq - °C) xüsusi istilik tutumuna malikdir.

Qeyd edək ki, suyun çox yüksək xüsusi istilik tutumu var. Buna görə də, dənizlərdə və okeanlarda su, yayda qızdırılaraq, havadan çox miqdarda istilik alır. Bunun sayəsində böyük su obyektlərinin yaxınlığında yerləşən yerlərdə yay sudan uzaq yerlərdə olduğu kimi isti deyil.

Bədəni qızdırmaq üçün tələb olunan və ya soyutma zamanı ondan ayrılan istilik miqdarının hesablanması.

Yuxarıdakılardan aydın olur ki, cismi qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarı cismin ibarət olduğu maddənin növündən (yəni onun xüsusi istilik tutumundan) və bədənin kütləsindən asılıdır. İstiliyin miqdarının bədən istiliyini neçə dərəcə artıracağımızdan asılı olduğu da aydındır.



Beləliklə, bir cismi qızdırmaq üçün lazım olan və ya onun soyutma zamanı buraxdığı istilik miqdarını müəyyən etmək üçün bədənin xüsusi istilik tutumunu onun kütləsinə və son və ilkin temperaturları arasındakı fərqə vurmaq lazımdır:

Q= sm (t 2 -t 1),

Harada Q- istilik miqdarı, c- xüsusi istilik tutumu, m- bədən çəkisi, t 1- ilkin temperatur, t 2- son temperatur.

Bədən istiləşdikdə t 2> t 1 və buna görə də Q >0 . Bədən soyuduqda t 2i< t 1 və buna görə də Q< 0 .

Əgər bütün bədənin istilik tutumu məlumdursa İLƏ, Q düsturla müəyyən edilir: Q = C (t 2 - t 1).

22) Ərimə: ərimə və ya bərkimə üçün istilik miqdarının təyini, hesablanması, xüsusi ərimə istiliyi, t 0 (Q) qrafiki.

Termodinamika

Enerjinin ötürülməsini, bir növ enerjinin digərinə çevrilmə qanunauyğunluqlarını öyrənən molekulyar fizikanın bir sahəsi. Molekulyar kinetik nəzəriyyədən fərqli olaraq termodinamika nəzərə almır daxili quruluş maddələr və mikroparametrlər.

Termodinamik sistem

Bir-biri ilə və ya ətraf mühitlə enerji (iş və ya istilik şəklində) mübadiləsi aparan cisimlər toplusudur. Məsələn, çaydandakı su soyuyur və su ilə çaydan və çaydanın istiliyi ətraf mühit arasında istilik mübadiləsi aparır. Pistonun altında qaz olan silindr: piston işi yerinə yetirir, bunun nəticəsində qaz enerji alır və onun makroparametrləri dəyişir.

İstilik miqdarı

Bu enerji istilik mübadiləsi prosesi zamanı sistemin qəbul etdiyi və ya buraxdığı . Q simvolu ilə işarələnir, hər hansı bir enerji kimi, Joul ilə ölçülür.

Müxtəlif istilik mübadiləsi prosesləri nəticəsində ötürülən enerji özünəməxsus şəkildə müəyyən edilir.

İstilik və soyutma

Bu proses sistemin temperaturunda dəyişiklik ilə xarakterizə olunur. İstiliyin miqdarı düsturla müəyyən edilir



ilə maddənin xüsusi istilik tutumu isinmək üçün tələb olunan istilik miqdarı ilə ölçülür kütlə vahidləri bu maddənin 1K. 1 kq şüşə və ya 1 kq suyun qızdırılması müxtəlif miqdarda enerji tələb edir. Xüsusi istilik tutumu bütün maddələr üçün artıq hesablanmış məlum bir miqdardır, fiziki cədvəllərdəki dəyərə baxın;

Maddənin istilik tutumu C- bu, kütləsini 1K nəzərə almadan bir cismi qızdırmaq üçün lazım olan istilik miqdarıdır.

Ərimə və kristallaşma

Ərimə bir maddənin bərk haldan maye vəziyyətə keçməsidir. Əks keçid kristallaşma adlanır.

Məhv etməyə sərf olunan enerji kristal qəfəs düsturla müəyyən edilən maddələr

Xüsusi istilikərimə hər bir maddə üçün məlum dəyərdir, fiziki cədvəllərdəki qiymətə baxın;

Buxarlanma (buxarlanma və ya qaynama) və kondensasiya

Buxarlaşma bir maddənin maye (bərk) vəziyyətdən qaz halına keçməsidir. Əks proses kondensasiya adlanır.

Buxarlanmanın xüsusi istiliyi hər bir maddə üçün məlum bir dəyərdir, fiziki cədvəllərdəki dəyərə baxın;

Yanma

Maddənin yanması zamanı ayrılan istilik miqdarı

Xüsusi yanma istiliyi hər bir maddə üçün məlum bir dəyərdir, fiziki cədvəllərdəki dəyərə baxın;

Qapalı və adiabatik olaraq təcrid olunmuş cisimlər sistemi üçün istilik tarazlığı tənliyi təmin edilir. İstilik mübadiləsində iştirak edən bütün cisimlər tərəfindən verilən və alınan istilik miqdarının cəbri cəmi sıfıra bərabərdir:

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

23) Mayelərin quruluşu. Səth təbəqəsi. Səthi gərilmə qüvvəsi: təzahür nümunələri, hesablanması, səthi gərilmə əmsalı.

Zaman zaman hər hansı molekul yaxınlıqdakı boş yerə hərəkət edə bilər. Mayelərdə belə sıçrayışlar olduqca tez-tez baş verir; buna görə də molekullar kristallarda olduğu kimi xüsusi mərkəzlərə bağlı deyillər və mayenin bütün həcmi boyunca hərəkət edə bilirlər. Bu, mayelərin axıcılığını izah edir. Yaxın yerləşmiş molekullar arasında güclü qarşılıqlı təsir sayəsində onlar bir neçə molekuldan ibarət yerli (qeyri-sabit) sifarişli qruplar yarada bilirlər. Bu fenomen deyilir yaxın sifariş(Şəkil 3.5.1).

β əmsalı deyilir həcmli genişlənmənin temperatur əmsalı . Mayelər üçün bu əmsal bərk maddələrdən onlarla dəfə böyükdür. Su üçün, məsələn, 20 °C temperaturda β ≈ 2 10 – 4 K – 1, polad üçün β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, kvars şüşəsi üçün β kv ≈ 9 10 – 6 K – 1 .

Suyun termal genişlənməsi Yerdəki həyat üçün maraqlı və əhəmiyyətli bir anomaliyaya malikdir. 4 °C-dən aşağı temperaturda temperatur azaldıqca su genişlənir (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Su donduqda genişlənir, buna görə də buz donan su hövzəsinin səthində üzən qalır. Buzun altındakı donmuş suyun temperaturu 0 °C-dir. Su anbarının dibindəki daha sıx su təbəqələrində temperatur təxminən 4 °C-dir. Bunun sayəsində donan su anbarlarının suyunda həyat mövcud ola bilər.

Ən çox maraqlı xüsusiyyət mayelərin mövcudluğudur sərbəst səth . Maye, qazlardan fərqli olaraq, töküldüyü qabın bütün həcmini doldurmur. Maye ilə qaz (və ya buxar) arasında bir interfeys meydana gəlir, bu, mayenin qalan hissəsi ilə müqayisədə xüsusi şəraitdə olur. mayenin həcmində heç bir nəzərə çarpan dəyişikliyə səbəb olmur. Bir molekul səthdən mayeyə doğru hərəkət edərsə, molekullararası qarşılıqlı təsir qüvvələri müsbət iş görəcəkdir. Əksinə, müəyyən sayda molekulu mayenin dərinliyindən səthə çəkmək üçün (yəni mayenin səthini artırmaq) xarici qüvvələr müsbət iş görməlidir Δ A xarici, dəyişməyə mütənasib Δ S səth sahəsi:

Mexanikadan məlumdur ki, sistemin tarazlıq halları uyğun gəlir minimum dəyər onun potensial enerjisi. Buradan belə çıxır ki, mayenin sərbəst səthi onun sahəsini azaltmağa meyllidir. Bu səbəbdən mayenin sərbəst damcısı sferik forma alır. Maye özünü elə aparır ki, sanki onun səthinə tangensial təsir göstərən qüvvələr bu səthi daralır (çəkir). Bu qüvvələr adlanır səthi gərginlik qüvvələri .

Səthi gərilmə qüvvələrinin olması mayenin səthini elastik uzanmış filmə bənzədir, yeganə fərq, filmdəki elastik qüvvələrin onun səth sahəsindən (yəni filmin necə deformasiya olunduğundan) və səthi gərginliyindən asılı olmasıdır. qüvvələr asılı olma mayenin səthində.

Bəzi mayelər, məsələn, sabunlu su, nazik təbəqələr yaratmaq qabiliyyətinə malikdir. Tanınmış sabun köpükləri müntəzəm sferik formaya malikdir - bu da səthi gərginlik qüvvələrinin təsirini göstərir. Əgər tərəflərindən biri hərəkətli olan məftil çərçivəsi sabun məhluluna endirilirsə, onda bütün çərçivə maye filmi ilə örtüləcəkdir (şək. 3.5.3).

Səthi gərginlik qüvvələri filmin səthini azaltmağa meyllidir. Çərçivənin hərəkət edən tərəfini tarazlaşdırmaq üçün, gücün təsiri altında çarpaz Δ ilə hərəkət edərsə, ona xarici qüvvə tətbiq edilməlidir x, sonra Δ işi yerinə yetiriləcək A vn = F vn Δ x = Δ E p = σΔ S, harada Δ S = 2LΔ x– sabun filminin hər iki tərəfinin səthinin artması. Qüvvələrin modulları və eyni olduğuna görə yaza bilərik:

Beləliklə, səthi gərilmə əmsalı σ kimi müəyyən edilə bilər səthi bağlayan xəttin vahid uzunluğuna təsir edən səthi gərginlik qüvvəsinin modulu.

Maye damcılarında və içərisində səthi gərginlik qüvvələrinin hərəkətinə görə sabun köpükləri artıq təzyiq Δ meydana gəlir səh. Əgər zehni olaraq sferik bir damla radius kəsirsinizsə R iki yarıya bölünürsə, onda onların hər biri 2π uzunluğundakı kəsik sərhədinə tətbiq olunan səthi gərginlik qüvvələrinin təsiri altında tarazlıqda olmalıdır. R və π sahəsinə təsir edən artıq təzyiq qüvvələri R 2 bölmə (Şəkil 3.5.4). Tarazlıq şərti kimi yazılır

Bu qüvvələr mayenin özünün molekulları arasındakı qarşılıqlı təsir qüvvələrindən böyükdürsə, maye islanır səthi möhkəm. Bu zaman maye bərk cismin səthinə müəyyən qədər yaxınlaşır kəskin bucaqθ, verilmiş maye-bərk cütü üçün xarakterikdir. θ bucağı adlanır təmas bucağı . Əgər maye molekulları arasında qarşılıqlı təsir qüvvələri onların bərk molekullarla qarşılıqlı təsir qüvvələrindən artıq olarsa, onda təmas bucağı θ küt olur (şək. 3.5.5). Bu vəziyyətdə maye olduğunu söyləyirlər islamir bərk cismin səthi. At tam islatmaθ = 0, at tam islanmayanθ = 180°.

Kapilyar hadisələr kiçik diametrli borularda mayenin qalxması və ya düşməsi adlanır - kapilyarlar. Nəmləndirici mayelər kapilyarlardan yuxarı qalxır, islanmayan mayelər aşağı düşür.

Şəkildə. 3.5.6 müəyyən radiuslu kapilyar borunu göstərir r, aşağı ucunda sıxlığı ρ olan nəmləndirici mayeyə endirilir. Kapilyarın yuxarı ucu açıqdır. Kapilyardakı mayenin yüksəlməsi, kapilyardakı mayenin sütununa təsir edən cazibə qüvvəsi nəticədə meydana gələnə bərabər olana qədər davam edir. F n mayenin kapilyar səthi ilə təmas sərhəddi boyunca hərəkət edən səthi gərginlik qüvvələri: F t = F n, harada F t = mq = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Bundan belə çıxır:

Tam islanmayan θ = 180° ilə cos θ = –1 və buna görə də, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Su təmiz şüşə səthini demək olar ki, tamamilə isladır. Əksinə, civə şüşə səthini tamamilə islatmır. Buna görə də, şüşə kapilyardakı civə səviyyəsi gəmidəki səviyyədən aşağı düşür.

24) Buxarlanma: tərifi, növləri (buxarlanma, qaynama), buxarlanma və kondensasiya üçün istilik miqdarının hesablanması, buxarlanmanın xüsusi istiliyi.

Buxarlanma və kondensasiya. Maddənin molekulyar quruluşu haqqında təsəvvürlərə əsaslanaraq buxarlanma hadisəsinin izahı. Buxarlanmanın xüsusi istiliyi. Onun vahidləri.

Mayenin buxara çevrilməsi hadisəsi adlanır buxarlanma.

Buxarlanma - açıq səthdən baş verən buxarlanma prosesi.

Maye molekulları ilə hərəkət edir müxtəlif sürətlərdə. Hər hansı bir molekul mayenin səthinə düşərsə, o, qonşu molekulların cazibəsini dəf edə və mayenin içindən uça bilər. Atılan molekullar buxar əmələ gətirir. Mayenin qalan molekulları toqquşma zamanı sürəti dəyişir. Eyni zamanda, bəzi molekullar mayedən uçmaq üçün kifayət qədər sürət əldə edirlər. Bu proses davam edir ki, mayelər yavaş-yavaş buxarlanır.

*Buxarlanma sürəti mayenin növündən asılıdır. Molekulları daha az qüvvə ilə cəlb edilən mayelər daha sürətli buxarlanır.

*Buxarlanma istənilən temperaturda baş verə bilər. Amma nə vaxt yüksək temperatur buxarlanma daha tez baş verir .

*Buxarlanma sürəti onun səth sahəsindən asılıdır.

*Küləklə (hava axını) buxarlanma daha sürətli baş verir.

Buxarlanma zamanı daxili enerji azalır, çünki Buxarlanma zamanı maye sürətli molekulları tərk edir, buna görə də orta sürət qalan molekullar azalır. Bu o deməkdir ki, xaricdən enerji axını yoxdursa, o zaman mayenin temperaturu azalır.

Buxarın mayeyə çevrilməsi hadisəsi adlanır kondensasiya. Enerjinin sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunur.

Buxar kondensasiyası buludların əmələ gəlməsini izah edir. Yerdən yuxarı qalxan su buxarı kiçik su damcılarından ibarət olan yuxarı soyuq hava təbəqələrində buludlar əmələ gətirir.

Buxarlanmanın xüsusi istiliyi - fiziki 1 kq ağırlığında olan mayenin temperaturu dəyişmədən buxara çevrilməsi üçün nə qədər istilik lazım olduğunu göstərən dəyər.

Ud. buxarlanma istiliyi L hərfi ilə işarələnir və J/kq ilə ölçülür

Ud. suyun buxarlanma istiliyi: L=2,3×10 6 J/kq, spirt L=0,9×10 6

Mayenin buxara çevrilməsi üçün tələb olunan istilik miqdarı: Q = Lm

Praktikada istilik hesablamaları tez-tez istifadə olunur. Məsələn, binaların tikintisi zamanı bütün istilik sisteminin binaya nə qədər istilik verməsini nəzərə almaq lazımdır. Pəncərələr, divarlar və qapılar vasitəsilə ətrafdakı məkana nə qədər istilik qaçacağını da bilməlisiniz.

Sadə hesablamaların necə aparılacağını misallarla göstərəcəyik.

Beləliklə, qızdırılan zaman mis hissəsinin nə qədər istilik aldığını öyrənməlisiniz. Kütləsi 2 kq idi və temperatur 20-dən 280 ° C-ə yüksəldi. Birincisi, Cədvəl 1-dən istifadə edərək, misin xüsusi istilik tutumunu m = 400 J / kq ° C ilə müəyyən edirik. Bu o deməkdir ki, 1 kq ağırlığında olan mis hissəni 1 °C-ə qədər qızdırmaq üçün 400 J lazımdır. 2 kq ağırlığında mis hissəni 1 °C-ə qədər qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarı 2 dəfə çoxdur - 800 J. Misin temperaturu hissə 1 °C-dən çox artırılmalıdır və 260 °C-də bu, 260 dəfə daha çox istilik tələb olunacaq deməkdir, yəni 800 J 260 = 208.000 J.

Kütləni m kimi qeyd etsək, son (t 2) və ilkin (t 1) temperaturlar arasındakı fərq - t 2 - t 1, istilik miqdarını hesablamaq üçün bir düstur alırıq:

Q = sm(t 2 - t 1).

Misal 1. 5 kq çəkisi olan dəmir qazana 10 kq ağırlığında su doldurulur. Qazanın temperaturunu 10 ilə 100 °C arasında dəyişmək üçün su ilə birlikdə qazana nə qədər istilik ötürülməlidir?

Problemi həll edərkən, hər iki cismin - qazan və suyun birlikdə istilənəcəyini nəzərə almaq lazımdır. Onların arasında istilik mübadiləsi baş verir. Onların temperaturları eyni hesab edilə bilər, yəni qazanın və suyun temperaturu 100 ° C - 10 ° C = 90 ° C arasında dəyişir. Ancaq qazan və suyun qəbul etdiyi istilik miqdarı eyni olmayacaq. Axı, onların kütlələri və xüsusi istilik tutumları fərqlidir.

Bir qazanda suyun istiləşməsi

Misal 2. 25 °C temperaturda 0,8 kq ağırlığında su və 0,2 kq ağırlığında 100 ° C temperaturda suyu qarışdırdıq. Yaranan qarışığın temperaturu ölçüldü və 40 ° C olduğu ortaya çıxdı. İsti suyun soyuduqda nə qədər istilik verdiyini və qızdırıldıqda soyuq suyun nə qədər istilik verdiyini hesablayın. Bu istilik miqdarını müqayisə edin.

Məsələnin şərtlərini yazaq və həll edək.



İsti suyun verdiyi istilik miqdarı ilə soyuq suyun qəbul etdiyi istilik miqdarının bərabər olduğunu görürük. Bu təsadüfi nəticə deyil. Təcrübə göstərir ki, cisimlər arasında istilik mübadiləsi baş verərsə, soyuducu cisimlərin daxili enerjisi azaldıqca bütün qızdırıcı cisimlərin daxili enerjisi də o qədər artır.

Təcrübələr apararkən adətən isti suyun verdiyi enerjinin soyuq suyun qəbul etdiyi enerjidən daha çox olduğu ortaya çıxır. Bu, enerjinin bir hissəsinin ətrafdakı havaya, bir hissəsinin isə suyun qarışdığı qaba ötürülməsi ilə izah olunur. Verilən və alınan enerjinin bərabərliyi daha dəqiq olacaq, təcrübədə daha az enerji itkisinə yol verilir. Bu itkiləri hesablayıb nəzərə alsanız, bərabərlik dəqiq olacaq.

Suallar

  1. Bədənin qızdırıldığı zaman aldığı istilik miqdarını hesablamaq üçün nə bilmək lazımdır?
  2. Cismin qızdırıldığı və ya soyudulduğu zaman ona verilən istilik miqdarının necə hesablandığını misalla izah edin.
  3. İstiliyin miqdarını hesablamaq üçün düstur yazın.
  4. Soyuq və isti suyun qarışdırılması təcrübəsindən hansı nəticəyə gəlmək olar? Nə üçün bu enerjilər praktikada bərabər deyil?

Məşq 8

  1. 0,1 kq suyu 1 °C qızdırmaq üçün nə qədər istilik lazımdır?
  2. Qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarını hesablayın: a) temperaturu 200 °C dəyişmək üçün çəkisi 1,5 kq olan çuqun; b) 20-dən 90 °C-ə qədər çəkisi 50 q olan alüminium qaşıq; c) 10 ilə 40 ° C arasında 2 ton ağırlığında bir kərpic şömine.
  3. Həcmi 20 litr olan su soyuduqda, temperatur 100-dən 50 °C-ə qədər dəyişdikdə nə qədər istilik ayrıldı?