(ili prenos toplote).
Specifični toplotni kapacitet supstance.
Toplotni kapacitet- ovo je količina toplote koju telo apsorbuje kada se zagreje za 1 stepen.
Toplotni kapacitet tijela označen je velikim latiničnim slovom WITH.
Od čega zavisi toplotni kapacitet tela? Prije svega, od svoje mase. Jasno je da će za zagrijavanje, na primjer, 1 kilogram vode potrebno više topline nego za zagrijavanje 200 grama.
Šta je sa vrstom supstance? Hajde da napravimo eksperiment. Uzmimo dvije identične posude i, nakon što u jednu ulijemo vodu težine 400 g, a u drugu biljno ulje od 400 g, počet ćemo ih zagrijavati pomoću identičnih plamenika. Posmatrajući očitanja termometra, vidjet ćemo da se ulje brzo zagrijava. Da bi se voda i ulje zagrijali na istu temperaturu, voda se mora zagrijavati duže. Ali što duže zagrijavamo vodu, to više topline prima od gorionika.
Dakle, zagrijavanje iste mase različitih tvari na istu temperaturu zahtijeva različite količine topline. Količina topline potrebna za zagrijavanje tijela, a samim tim i njegov toplinski kapacitet zavise od vrste tvari od koje se tijelo sastoji.
Tako, na primjer, za povećanje temperature vode težine 1 kg za 1°C potrebna je količina topline jednaka 4200 J, a za zagrijavanje iste mase suncokretovog ulja za 1°C, količina topline jednaka Potrebno je 1700 J.
Fizička veličina koja pokazuje koliko je toplote potrebno da se 1 kg supstance zagreje za 1 ºS naziva se specifični toplotni kapacitet ove supstance.
Svaka supstanca ima svoj specifični toplotni kapacitet, koji se označava latiničnim slovom c i meri se u džulima po kilogramskom stepenu (J/(kg °C)).
Specifični toplinski kapacitet iste tvari u različitim agregatnim stanjima (čvrsto, tekuće i plinovito) je različit. Na primjer, specifični toplinski kapacitet vode je 4200 J/(kg °C), a specifični toplinski kapacitet leda je 2100 J/(kg °C); aluminijum u čvrstom stanju ima specifični toplotni kapacitet od 920 J/(kg - °C), au tečnom stanju - 1080 J/(kg - °C).
Imajte na umu da voda ima vrlo visok specifični toplinski kapacitet. Stoga voda u morima i okeanima, zagrijavajući se ljeti, apsorbira veliku količinu topline iz zraka. Zahvaljujući tome, na onim mjestima koja se nalaze u blizini velikih vodenih površina, ljeto nije tako vruće kao na mjestima udaljenim od vode.
Izračunavanje količine topline potrebne za zagrijavanje tijela ili koje ono oslobađa tijekom hlađenja.
Iz navedenog je jasno da količina topline potrebna za zagrijavanje tijela zavisi od vrste tvari od koje se tijelo sastoji (tj. njegovog specifičnog toplotnog kapaciteta) i od mase tijela. Takođe je jasno da količina toplote zavisi od toga za koliko stepeni ćemo povećati tjelesnu temperaturu.
Dakle, da biste odredili količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja, trebate pomnožiti specifični toplinski kapacitet tijela s njegovom masom i razlikom između njegove krajnje i početne temperature:
Q = cm (t 2 - t 1 ) ,
Gdje Q- količina toplote, c— specifični toplotni kapacitet, m- tjelesna masa, t 1 - početna temperatura, t 2 — konačna temperatura.
Kada se telo zagreje t 2 > t 1 i zbog toga Q > 0 . Kada se telo ohladi t 2i< t 1 i zbog toga Q< 0 .
Ako je poznat toplotni kapacitet cijelog tijela WITH, Q određena formulom:
Q = C (t 2 - t 1 ) .
Kao što već znamo, unutrašnja energija tijela može se mijenjati i tokom rada i prijenosom topline (bez obavljanja posla). Glavna razlika između rada i količine toplote je u tome što rad određuje proces pretvaranja unutrašnje energije sistema, koji je praćen transformacijom energije iz jedne vrste u drugu.
U slučaju da dođe do promjene unutrašnje energije uz pomoć prijenos topline, prijenos energije s jednog tijela na drugo vrši se zbog toplotna provodljivost, zračenje, ili konvekcija.
Energija koju tijelo gubi ili dobije tokom prijenosa topline naziva se količinu toplote.
Prilikom izračunavanja količine toplote, morate znati koje količine na nju utiču.
Zagrijati ćemo dvije posude pomoću dva identična plamenika. Jedna posuda sadrži 1 kg vode, druga 2 kg. Temperatura vode u dvije posude je u početku ista. Vidimo da se za isto vrijeme voda u jednoj posudi brže zagrijava, iako obje posude primaju jednaku količinu topline.
Dakle, zaključujemo: što je veća masa datog tijela, to je veća količina topline koja se mora potrošiti da bi se njegova temperatura snizila ili povećala za isti broj stepeni.
Kada se tijelo ohladi, ono odaje veću količinu topline susjednim objektima, što je veća njegova masa.
Svi znamo da ako trebamo zagrijati pun kotlić vode na temperaturu od 50°C, potrošit ćemo manje vremena na ovu radnju nego da zagrijemo kotlić sa istom zapreminom vode, ali samo na 100°C. U slučaju broj jedan, vodi će se dati manje topline nego u slučaju dva.
Dakle, količina topline potrebna za grijanje direktno ovisi o tome da li koliko stepeni tijelo se može zagrijati. Možemo zaključiti: količina toplote direktno zavisi od razlike u telesnoj temperaturi.
Ali je li moguće odrediti količinu topline koja je potrebna ne za zagrijavanje vode, već neke druge tvari, recimo ulja, olova ili željeza?
Napunite jednu posudu vodom, a drugu napunite biljnim uljem. Mase vode i ulja su jednake. Zagrijati ćemo obje posude ravnomjerno na identičnim gorionicima. Započnimo eksperiment na jednakim početnim temperaturama biljnog ulja i vode. Pet minuta kasnije, nakon mjerenja temperature zagrijanog ulja i vode, primijetit ćemo da je temperatura ulja mnogo viša od temperature vode, iako su obje tekućine dobile istu količinu topline.
Očigledan zaključak je: Prilikom zagrijavanja jednakih masa ulja i vode na istoj temperaturi potrebne su različite količine topline.
I odmah izvlačimo drugi zaključak: količina topline potrebna za zagrijavanje tijela direktno ovisi o tvari od koje se sastoji samo tijelo (vrsta tvari).
Dakle, količina topline potrebna za zagrijavanje tijela (ili oslobođena pri hlađenju) direktno ovisi o masi tijela, varijabilnosti njegove temperature i vrsti tvari.
Količina toplote je označena simbolom Q. Kao i druge različite vrste energije, količina toplote se meri u džulima (J) ili kilodžulima (kJ).
1 kJ = 1000 J
Međutim, istorija pokazuje da su naučnici počeli da mere količinu toplote mnogo pre nego što se koncept energije pojavio u fizici. U to vrijeme razvijena je posebna jedinica za mjerenje količine topline - kalorija (cal) ili kilokalorija (kcal). Riječ ima latinske korijene, calor - toplina.
1 kcal = 1000 cal
kalorija– ovo je količina topline potrebna za zagrijavanje 1 g vode za 1°C
1 kal = 4,19 J ≈ 4,2 J
1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ
Imate još pitanja? Ne znate kako da uradite domaći?
Da biste dobili pomoć od tutora, registrujte se.
Prva lekcija je besplatna!
web stranicu, kada kopirate materijal u cijelosti ili djelomično, link na izvor je obavezan.
Šta će se brže zagrijati na šporetu - čajnik ili kanta vode? Odgovor je očigledan - čajnik. Onda je drugo pitanje zašto?
Odgovor nije ništa manje očigledan - jer je masa vode u čajniku manja. Odlično. A sada i sami kod kuće možete napraviti pravo fizičko iskustvo. Da biste to učinili, trebat će vam dvije identične male posude, jednaka količina vode i biljnog ulja, na primjer, po pola litre i štednjak. Stavite lonce sa uljem i vodom na istu vatru. Sada samo gledajte šta će se brže zagrijati. Ako imate termometar za tekućine, možete ga koristiti, ako ne, možete jednostavno s vremena na vrijeme provjeriti temperaturu prstom, samo pazite da se ne opečete. U svakom slučaju, uskoro ćete vidjeti da se ulje zagrijava mnogo brže od vode. I još jedno pitanje, koje se također može implementirati u obliku iskustva. Šta će brže ključati - topla voda ili hladna? Opet je sve očigledno - prvi će na cilju biti onaj topli. Čemu sva ta čudna pitanja i eksperimenti? Odrediti fizičku veličinu koja se zove "količina topline".
Količina toplote
Količina toplote je energija koju telo gubi ili dobija tokom prenosa toplote. To je jasno iz imena. Prilikom hlađenja tijelo će izgubiti određenu količinu topline, a pri zagrijavanju će apsorbirati. I odgovori na naša pitanja su nam pokazali Od čega zavisi količina toplote? Prvo, što je veća masa tijela, to je veća količina topline koja se mora potrošiti da se njegova temperatura promijeni za jedan stepen. Drugo, količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o tvari od koje se sastoji, odnosno o vrsti tvari. I treće, razlika u tjelesnoj temperaturi prije i poslije prijenosa topline također je važna za naše proračune. Na osnovu gore navedenog, možemo odredite količinu topline koristeći formulu:
gdje je Q količina toplote,
m - tjelesna težina,
(t_2-t_1) - razlika između početne i konačne tjelesne temperature,
c je specifični toplotni kapacitet supstance, koji se nalazi iz odgovarajućih tabela.
Koristeći ovu formulu, možete izračunati količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje bilo kojeg tijela ili koju će ovo tijelo osloboditi pri hlađenju.
Količina topline se mjeri u džulima (1 J), kao i svaka vrsta energije. Međutim, ova vrijednost je uvedena ne tako davno, a ljudi su količinu topline počeli mjeriti mnogo ranije. I koristili su jedinicu koja se široko koristi u naše vrijeme - kaloriju (1 cal). 1 kalorija je količina toplote potrebna da se 1 gram vode zagreje za 1 stepen Celzijusa. Vođeni ovim podacima, oni koji vole da broje kalorije u hrani koju jedu mogu, za zabavu, izračunati koliko litara vode može da se prokuha sa energijom koju unose hranom tokom dana.
Toplotni kapacitet- ovo je količina toplote koju tijelo apsorbira kada se zagrije za 1 stepen.
Toplotni kapacitet tijela označen je velikim latiničnim slovom WITH.
Od čega zavisi toplotni kapacitet tela? Prije svega, od svoje mase. Jasno je da će za zagrijavanje, na primjer, 1 kilogram vode potrebno više topline nego za zagrijavanje 200 grama.
Šta je sa vrstom supstance? Hajde da napravimo eksperiment. Uzmimo dvije identične posude i, nakon što u jednu ulijemo vodu težine 400 g, a u drugu biljno ulje od 400 g, počet ćemo ih zagrijavati pomoću identičnih plamenika. Posmatrajući očitanja termometra, vidjet ćemo da se ulje brzo zagrijava. Da bi se voda i ulje zagrijali na istu temperaturu, voda se mora zagrijavati duže. Ali što duže zagrijavamo vodu, to više topline prima od gorionika.
Dakle, različite količine topline potrebne su za zagrijavanje iste mase različitih tvari na istu temperaturu. Količina topline potrebna za zagrijavanje tijela, a samim tim i njegov toplinski kapacitet zavise od vrste tvari od koje se tijelo sastoji.
Tako, na primjer, za povećanje temperature vode težine 1 kg za 1°C potrebna je količina topline jednaka 4200 J, a za zagrijavanje iste mase suncokretovog ulja za 1°C, količina topline jednaka Potrebno je 1700 J.
Fizička veličina koja pokazuje koliko je toplote potrebno da se 1 kg supstance zagreje za 1 ºS naziva se specifični toplotni kapacitet ove supstance.
Svaka supstanca ima svoj specifični toplotni kapacitet, koji se označava latiničnim slovom c i meri se u džulima po kilogramskom stepenu (J/(kg °C)).
Specifični toplinski kapacitet iste tvari u različitim agregatnim stanjima (čvrsto, tekuće i plinovito) je različit. Na primjer, specifični toplinski kapacitet vode je 4200 J/(kg °C), a specifični toplinski kapacitet leda je 2100 J/(kg °C); aluminijum u čvrstom stanju ima specifični toplotni kapacitet od 920 J/(kg - °C), au tečnom stanju - 1080 J/(kg - °C).
Imajte na umu da voda ima vrlo visok specifični toplinski kapacitet. Stoga voda u morima i okeanima, zagrijavajući se ljeti, apsorbira veliku količinu topline iz zraka. Zahvaljujući tome, na onim mjestima koja se nalaze u blizini velikih vodenih površina, ljeto nije tako vruće kao na mjestima udaljenim od vode.
Izračunavanje količine topline potrebne za zagrijavanje tijela ili koje ono oslobađa tijekom hlađenja.
Iz navedenog je jasno da količina topline potrebna za zagrijavanje tijela zavisi od vrste tvari od koje se tijelo sastoji (tj. njegovog specifičnog toplotnog kapaciteta) i od mase tijela. Takođe je jasno da količina toplote zavisi od toga za koliko stepeni ćemo povećati tjelesnu temperaturu.
Dakle, da biste odredili količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja, trebate pomnožiti specifični toplinski kapacitet tijela s njegovom masom i razlikom između njegove krajnje i početne temperature:
Q= cm (t 2 -t 1),
Gdje Q- količina toplote, c- specifični toplotni kapacitet, m- tjelesna masa, t 1- početna temperatura, t 2- konačna temperatura.
Kada se telo zagreje t 2> t 1 i zbog toga Q >0 . Kada se telo ohladi t 2i< t 1 i zbog toga Q< 0 .
Ako je poznat toplotni kapacitet cijelog tijela WITH, Q određena formulom: Q = C (t 2 - t 1).
22) Topljenje: definicija, proračun količine toplote za topljenje ili očvršćavanje, specifična toplota fuzije, grafik t 0 (Q).
Termodinamika
Grana molekularne fizike koja proučava prijenos energije, obrasce transformacije jedne vrste energije u drugu. Za razliku od molekularne kinetičke teorije, termodinamika ne uzima u obzir unutrašnju strukturu supstanci i mikroparametare.
Termodinamički sistem
To je skup tijela koja razmjenjuju energiju (u obliku rada ili topline) jedno s drugim ili sa okolinom. Na primjer, voda u kotliću se hladi, a toplina se razmjenjuje između vode i kotla i toplina kotla sa okolinom. Cilindar s plinom ispod klipa: klip obavlja rad, uslijed čega plin prima energiju i mijenjaju se njegovi makroparametri.
Količina toplote
Ovo energije, koje sistem prima ili oslobađa tokom procesa razmene toplote. Označena simbolom Q, mjeri se, kao i svaka energija, u džulima.
Kao rezultat različitih procesa izmjene topline, energija koja se prenosi određuje se na svoj način.
Grijanje i hlađenje
Ovaj proces karakterizira promjena temperature sistema. Količina topline određena je formulom
Specifični toplotni kapacitet supstance sa mjereno količinom topline potrebne za zagrijavanje jedinice mase ove supstance za 1K. Za zagrijavanje 1 kg stakla ili 1 kg vode potrebne su različite količine energije. Specifični toplotni kapacitet je poznata veličina, već izračunata za sve supstance, vidi vrednost u fizičkim tabelama.
Toplotni kapacitet supstance C- ovo je količina toplote koja je potrebna za zagrevanje tela bez uzimanja u obzir njegove mase za 1K.
Topljenje i kristalizacija
Topljenje je prijelaz tvari iz čvrstog u tekuće stanje. Obrnuti prijelaz naziva se kristalizacija.
Energija koja se troši na uništavanje kristalne rešetke tvari određena je formulom
Specifična toplota fuzije je poznata vrednost za svaku supstancu; vidi vrednost u fizičkim tabelama.
Vaporizacija (isparavanje ili ključanje) i kondenzacija
Vaporizacija je prijelaz tvari iz tekućeg (čvrstog) stanja u plinovito stanje. Obrnuti proces naziva se kondenzacija.
Specifična toplota isparavanja je poznata vrednost za svaku supstancu; vidi vrednost u fizičkim tabelama.
Sagorijevanje
Količina topline koja se oslobađa kada supstanca izgori
Specifična toplota sagorevanja je poznata vrednost za svaku supstancu; vidi vrednost u fizičkim tabelama.
Za zatvoreni i adijabatski izolovani sistem tela, jednačina toplotnog bilansa je zadovoljena. Algebarski zbir količina toplote datih i primljenih od strane svih tela koja učestvuju u razmeni toplote jednak je nuli:
Q 1 +Q 2 +...+Q n =0
23) Struktura tečnosti. Površinski sloj. Sila površinskog napona: primjeri ispoljavanja, proračun, koeficijent površinskog napona.
S vremena na vrijeme, bilo koji molekul se može preseliti na obližnju slobodnu lokaciju. Takvi skokovi u tečnostima se dešavaju prilično često; stoga molekuli nisu vezani za specifične centre, kao u kristalima, i mogu se kretati po cijeloj zapremini tečnosti. Ovo objašnjava fluidnost tečnosti. Zbog jake interakcije između blisko lociranih molekula, oni mogu formirati lokalne (nestabilne) uređene grupe koje sadrže nekoliko molekula. Ovaj fenomen se zove zatvori narudžbu(Slika 3.5.1).
Koeficijent β se naziva temperaturni koeficijent volumetrijskog širenja . Ovaj koeficijent za tečnosti je desetine puta veći nego za čvrste materije. Za vodu, na primjer, na temperaturi od 20 °C β u ≈ 2 10 – 4 K – 1, za čelik β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, za kvarcno staklo β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .
Toplotno širenje vode ima zanimljivu i važnu anomaliju za život na Zemlji. Na temperaturama ispod 4 °C, voda se širi kako temperatura pada (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Kada se voda zamrzne, ona se širi, tako da led ostaje da pluta na površini vode koja se smrzava. Temperatura vode koja se smrzava ispod leda je 0 °C. U gušćim slojevima vode na dnu rezervoara temperatura je oko 4 °C. Zahvaljujući tome, život može postojati u vodi ledenih rezervoara.
Najzanimljivija karakteristika tečnosti je prisustvo slobodna površina . Tečnost, za razliku od plinova, ne ispunjava cijeli volumen posude u koju se sipa. Između tečnosti i gasa (ili pare) nastaje granica koja se nalazi u posebnim uslovima u odnosu na ostatak tečnosti. ne dovodi do bilo kakve primjetne promjene u zapremini tečnosti. Ako se molekula kreće s površine u tekućinu, sile međumolekularne interakcije će obaviti pozitivan rad. Naprotiv, da bi izvukli određeni broj molekula iz dubine tekućine na površinu (tj. povećali površinu tekućine), vanjske sile moraju izvršiti pozitivan rad Δ A eksterno, proporcionalno promjeni Δ S površina:
Iz mehanike je poznato da ravnotežna stanja sistema odgovaraju minimalnoj vrijednosti njegove potencijalne energije. Iz toga slijedi da slobodna površina tekućine teži smanjenju svoje površine. Iz tog razloga slobodna kap tečnosti poprima sferni oblik. Tečnost se ponaša kao da sile koje djeluju tangencijalno na njenu površinu skupljaju (vuku) ovu površinu. Ove sile se zovu sile površinskog napona .
Prisutnost sila površinskog napona čini da površina tekućine izgleda kao elastični rastegnuti film, s jedinom razlikom što elastične sile u filmu zavise od njegove površine (tj. od toga kako je film deformiran) i površinske napetosti snage ne zavise na površini tečnosti.
Neke tečnosti, kao što je sapunasta voda, imaju sposobnost formiranja tankih filmova. Dobro poznati mjehurići sapuna imaju pravilan sferni oblik - to također pokazuje učinak sila površinske napetosti. Ako žičani okvir, čija je jedna strana pomična, spustite u otopinu sapuna, tada će cijeli okvir biti prekriven filmom tekućine (slika 3.5.3).
Sile površinske napetosti teže smanjenju površine filma. Da bi se izbalansirala pokretna strana okvira, na nju se mora primijeniti vanjska sila ako se pod utjecajem sile prečka pomjeri za Δ x, tada će se izvršiti rad Δ A vn = F vn Δ x = Δ E str = σΔ S, gdje je Δ S = 2LΔ x– povećanje površine s obje strane filma sapuna. Pošto su moduli sila i isti, možemo napisati:
|
Dakle, koeficijent površinskog napona σ može se definirati kao modul sile površinske napetosti koja djeluje po jedinici dužine linije koja graniči površinu.
Usljed djelovanja sila površinskog napona u kapima tekućine i unutar mjehurića sapuna nastaje višak tlaka Δ str. Ako mentalno isečete sferni pad radijusa R na dvije polovine, tada svaka od njih mora biti u ravnoteži pod djelovanjem sila površinskog napona primijenjenih na granicu reza dužine 2π R i sile viška pritiska koje djeluju na površinu π R 2 sekcije (slika 3.5.4). Uslov ravnoteže se zapisuje kao
Ako su ove sile veće od sila interakcije između molekula same tečnosti, onda je tečnost wets površine čvrste materije. U ovom slučaju, tečnost se približava površini čvrste materije pod određenim oštrim uglom θ, karakterističnim za dati par tečnost-čvrsto telo. Ugao θ se naziva kontaktni ugao . Ako sile interakcije između tekućih molekula premašuju sile njihove interakcije sa čvrstim molekulima, tada se kontaktni ugao θ ispostavlja tup (slika 3.5.5). U ovom slučaju kažu da je tečnost ne mokri površine čvrste materije. At potpuno vlaženjeθ = 0, at potpuno nekvašenjeθ = 180°.
Kapilarni fenomeni zove se porast ili pad tečnosti u cevima malog prečnika - kapilare. Vlažeće tečnosti se dižu kroz kapilare, a nemokriće se spuštaju.
Na sl. 3.5.6 prikazuje kapilarnu cijev određenog radijusa r, spušten na donjem kraju u tekućinu za vlaženje gustine ρ. Gornji kraj kapilare je otvoren. Porast tečnosti u kapilari se nastavlja sve dok sila gravitacije koja deluje na stub tečnosti u kapilari ne postane jednaka po veličini rezultanti F n sile površinske napetosti koje djeluju duž granice kontakta tekućine s površinom kapilare: F t = F n, gdje F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.
Ovo implicira:
Sa potpunim nekvašenjem θ = 180°, cos θ = –1 i, prema tome, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Čistu staklenu površinu voda gotovo u potpunosti navlaži. Naprotiv, živa ne vlaži u potpunosti staklenu površinu. Zbog toga nivo žive u staklenoj kapilari pada ispod nivoa u posudi.
24) Isparavanje: definicija, vrste (isparavanje, ključanje), proračun količine toplote za isparavanje i kondenzaciju, specifična toplota isparavanja.
Isparavanje i kondenzacija. Objašnjenje fenomena isparavanja zasnovano na idejama o molekularnoj strukturi materije. Specifična toplota isparavanja. Njegove jedinice.
Fenomen pretvaranja tečnosti u paru naziva se isparavanje.
Isparavanje - proces isparavanja koji se odvija sa otvorene površine.
Molekuli tekućine kreću se različitim brzinama. Ako bilo koja molekula završi na površini tekućine, može savladati privlačenje susjednih molekula i izletjeti iz tekućine. Izbačeni molekuli formiraju paru. Preostali molekuli tečnosti mijenjaju brzinu nakon sudara. Istovremeno, neki molekuli postižu brzinu dovoljnu da izlete iz tečnosti. Ovaj proces se nastavlja tako da tečnosti polako isparavaju.
*Brzina isparavanja zavisi od vrste tečnosti. One tečnosti čiji se molekuli privlače manjem silom brže isparavaju.
*Isparavanje može nastati na bilo kojoj temperaturi. Ali na visokim temperaturama do isparavanja dolazi brže .
*Brzina isparavanja zavisi od njegove površine.
*Sa vjetrom (strujanjem zraka) dolazi do bržeg isparavanja.
Tokom isparavanja, unutrašnja energija se smanjuje, jer Tokom isparavanja, tečnost ostavlja brze molekule, pa se prosečna brzina preostalih molekula smanjuje. To znači da ako nema priliva energije izvana, tada se temperatura tekućine smanjuje.
Fenomen pretvaranja pare u tečnost naziva se kondenzacije.
To je praćeno oslobađanjem energije.
Kondenzacija pare objašnjava nastanak oblaka. Vodena para koja se diže iznad tla formira oblake u gornjim hladnim slojevima vazduha, koji se sastoje od sitnih kapi vode.
Specifična toplota isparavanja – fizički vrijednost koja pokazuje koliko je topline potrebno da se tekućina težine 1 kg pretvori u paru bez promjene temperature.
Ud. toplota isparavanja označeno slovom L i mjereno u J/kg
Ud. toplota isparavanja vode: L=2,3×10 6 J/kg, alkohol L=0,9×10 6
Količina topline potrebna za pretvaranje tekućine u paru: Q = Lm
U ovoj lekciji nastavićemo da proučavamo unutrašnju energiju tela, tačnije načine da je promenimo. A predmet naše pažnje ovoga puta biće prenos toplote. Prisjetit ćemo se na koje se tipove dijeli, u čemu se mjeri i kojim omjerima možemo izračunati količinu topline koja se prenosi kao rezultat izmjene topline, također ćemo dati definiciju specifičnog toplinskog kapaciteta tijela.
Tema: Osnove termodinamike
Lekcija: Količina topline. Specifična toplota
Kao što već znamo iz osnovne škole, a kako smo se prisjetili u prošloj lekciji, postoje dva načina da se promijeni unutrašnja energija tijela: rad na njemu ili prijenos određene količine topline na njega. Za prvi metod već znamo iz, opet, prošle lekcije, ali smo i o drugom mnogo pričali u osmom razredu.
Proces prenosa toplote (količine toplote ili energije) bez vršenja rada naziva se razmena toplote ili prenos toplote. Prema mehanizmima prijenosa, kao što znamo, dijeli se na tri tipa:
- Toplotna provodljivost
- Konvekcija
- Radijacija
Kao rezultat jednog od ovih procesa, određena količina topline se prenosi na tijelo, čija vrijednost, zapravo, mijenja unutrašnju energiju. Hajde da okarakterišemo ovu količinu.
Definicija. Količina toplote. Oznaka - Q. Jedinice mjere - J. Kada se temperatura tijela promijeni (što je ekvivalentno promjeni unutrašnje energije), količina topline koja se troši na ovu promjenu može se izračunati pomoću formule:
Ovdje: - tjelesna težina; - specifični toplotni kapacitet tela; - promjena tjelesne temperature.
Štaviše, ako, odnosno, tokom hlađenja, kažu da je tijelo odustalo od određene količine topline, ili je tijelu prenijeta negativna količina topline. Ako se, to jest, uoči zagrijavanje tijela, količina prenesene topline će, naravno, biti pozitivna.
Posebnu pažnju treba obratiti na specifični toplotni kapacitet tijela.
Definicija. Specifična toplota- vrijednost brojčano jednaka količini topline koja se mora prenijeti da se kilogram tvari zagrije za jedan stepen. Specifični toplinski kapacitet je individualna vrijednost za svaku pojedinačnu tvar. Dakle, ovo je tabelarna vrijednost, očito poznata, pod uslovom da znamo na koji dio tvari se prenosi toplina.
SI jedinica specifične toplote može se dobiti iz gornje jednadžbe:
ovako:
Razmotrimo sada slučajeve kada prijenos određene količine topline dovodi do promjene agregacijskog stanja tvari. Podsjetimo da se takvi prijelazi nazivaju topljenje, kristalizacija, isparavanje i kondenzacija.
Prilikom prelaska iz tekućine u čvrsto i obrnuto, količina topline se izračunava pomoću formule:
Ovdje: - tjelesna težina; - specifična toplina fuzije tijela (količina topline potrebna da se potpuno otopi jedan kilogram tvari).
Da bi rastopilo tijelo potrebno je da prenese određenu količinu toplote, a prilikom kondenzacije i samo tijelo oslobađa određenu količinu toplote u okolinu.
Prilikom prelaska iz tekućeg u plinovito tijelo i obrnuto, količina topline se izračunava po formuli:
Ovdje: - tjelesna težina; - specifična toplina isparavanja tijela (količina topline potrebna da se u potpunosti ispari jedan kilogram tvari).
Da bi tečnost isparila potrebno joj je prenijeti određenu količinu topline, a pri kondenzaciji sama para oslobađa određenu količinu topline u okolinu.
Takođe treba naglasiti da se i topljenje sa kristalizacijom i isparavanje sa kondenzacijom odvijaju na konstantnoj temperaturi (tačka topljenja i ključanja, respektivno) (slika 1).
Rice. 1. Grafikon zavisnosti temperature (u stepenima Celzijusa) od količine primljene supstance ()
Zasebno, vrijedno je napomenuti izračunavanje količine topline koja se oslobađa tokom sagorijevanja određene mase goriva:
Ovdje: - masa goriva; - specifična toplota sagorevanja goriva (količina toplote koja se oslobađa pri sagorevanju jednog kilograma goriva).
Posebnu pažnju treba obratiti na činjenicu da pored činjenice da specifični toplinski kapaciteti imaju različite vrijednosti za različite tvari, ovaj parametar može biti različit za istu tvar u različitim uvjetima. Na primjer, razlikuju se različiti specifični toplinski kapaciteti za procese grijanja koji se odvijaju pri konstantnoj zapremini () i za procese koji se odvijaju pri konstantnom pritisku ().
Takođe postoji razlika između molarnog toplotnog kapaciteta i jednostavnog toplotnog kapaciteta.
Definicija. Molarni toplotni kapacitet () - količina toplote potrebna da se jedan mol supstance zagreje za jedan stepen.
Toplotni kapacitet (C) - količina topline potrebna za zagrijavanje dijela tvari određene mase za jedan stepen. Odnos između toplotnog kapaciteta i specifičnog toplotnog kapaciteta:
U sljedećoj lekciji ćemo se osvrnuti na tako važan zakon kao što je prvi zakon termodinamike, koji povezuje promjenu unutrašnje energije s radom plina i količinom prenesene topline.
Bibliografija
- Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Molekularna fizika. Termodinamika. - M.: Drfa, 2010.
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizika 10. razred. - M.: Ilexa, 2005.
- Kasyanov V.A. Fizika 10. razred. - M.: Drfa, 2010.
- Rječnici i enciklopedije o akademiku ().
- Tt.pstu.ru ().
- Elementy.ru ().
Zadaća
- Stranica 83: br. 643-646. fizika. Knjiga problema. 10-11 razredi. Rymkevich A.P. - M.: Drfa, 2013. ()
- Kako su molarni i specifični toplinski kapaciteti povezani?
- Zašto se površine prozora ponekad zamagljuju? Na kojoj strani prozora se to dešava?
- U kom vremenu se lokve brže suše: mirnom ili vjetrovitom?
- *Na šta se troši toplota koju telo primi tokom topljenja?