Թերմոդինամիկական համակարգի ներքին էներգիան կարող է փոխվել երկու եղանակով.

1. հանձնվելով համակարգի աշխատանքը,
2. ջերմային փոխազդեցության միջոցով:

Ջերմության փոխանցումը մարմնին կապված չէ մարմնի վրա մակրոսկոպիկ աշխատանքի կատարման հետ։ Այս դեպքում ներքին էներգիայի փոփոխությունը պայմանավորված է նրանով, որ ավելի բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմնի առանձին մոլեկուլներ իսկապես աշխատում են ավելի ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմնի որոշ մոլեկուլների վրա: Այս դեպքում ջերմային փոխազդեցությունն իրականացվում է ջերմային հաղորդման շնորհիվ։ Էներգիայի փոխանցումը հնարավոր է նաև ճառագայթման օգնությամբ։ Մանրադիտակային պրոցեսների համակարգը (որը վերաբերում է ոչ թե ամբողջ մարմնին, այլ առանձին մոլեկուլներին) կոչվում է ջերմափոխանակություն։ Ջերմության փոխանցման արդյունքում մի մարմնից մյուսը փոխանցվող էներգիայի քանակը որոշվում է մի մարմնից մյուսը փոխանցվող ջերմության քանակով։

Սահմանում

ջերմությունկոչվում է էներգիա, որը ստանում է (կամ տրվում է) մարմնի կողմից շրջակա մարմինների (միջավայրի) հետ ջերմափոխանակության գործընթացում։ Ջերմությունը սովորաբար նշվում է Q տառով:

Սա թերմոդինամիկայի հիմնական մեծություններից մեկն է։ Ջերմությունը ներառված է թերմոդինամիկայի առաջին և երկրորդ օրենքների մաթեմատիկական արտահայտություններում։ Ասում են, որ ջերմությունը էներգիա է մոլեկուլային շարժման տեսքով:

Ջերմությունը կարող է փոխանցվել համակարգին (մարմինին), կամ այն ​​կարելի է վերցնել դրանից: Ենթադրվում է, որ եթե ջերմությունը փոխանցվում է համակարգին, ապա դա դրական է:

Ջերմության փոփոխությամբ ջերմության հաշվարկման բանաձևը

Ջերմության տարրական քանակությունը նշվում է որպես . Նկատի ունեցեք, որ ջերմության տարրը, որը համակարգը ստանում է (արձակում է) իր վիճակի փոքր փոփոխությամբ, լրիվ դիֆերենցիալ չէ: Սրա պատճառն այն է, որ ջերմությունը համակարգի վիճակի փոփոխման գործընթացի ֆունկցիա է։

Ջերմության տարրական քանակությունը, որը հաղորդում է համակարգին, և ջերմաստիճանը փոխվում է T-ից T + dT, հետևյալն է.

որտեղ C-ն մարմնի ջերմունակությունն է: Եթե ​​դիտարկվող մարմինը միատարր է, ապա ջերմության քանակի բանաձևը (1) կարող է ներկայացվել հետևյալ կերպ.

որտեղ է մարմնի հատուկ ջերմությունը, m-ը մարմնի զանգվածն է, մոլային ջերմունակությունը, – մոլային զանգվածնյութ, նյութի մոլերի թիվն է։

Եթե ​​մարմինը միատարր է, և ջերմային հզորությունը համարվում է ջերմաստիճանից անկախ, ապա ջերմության այն քանակությունը (), որը մարմինը ստանում է, երբ նրա ջերմաստիճանը մեծանում է մի արժեքով, կարող է հաշվարկվել հետևյալ կերպ.

որտեղ t 2, t 1 մարմնի ջերմաստիճանը տաքացումից առաջ և հետո: Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ հաշվարկներում տարբերությունը () գտնելիս ջերմաստիճանը կարող է փոխարինվել ինչպես Ցելսիուսի աստիճաններով, այնպես էլ կելվիններով:

Ֆազային անցումների ժամանակ ջերմության քանակի բանաձևը

Նյութի մի փուլից մյուսին անցումը ուղեկցվում է որոշակի քանակությամբ ջերմության կլանմամբ կամ արտազատմամբ, որը կոչվում է փուլային անցման ջերմություն։

Այսպիսով, նյութի տարրը պինդ վիճակից հեղուկ տեղափոխելու համար այն պետք է տեղեկացվի ջերմության քանակի մասին () հավասար է.

որտեղ է միաձուլման հատուկ ջերմությունը, dm-ը մարմնի զանգվածի տարրն է: Այս դեպքում պետք է հաշվի առնել, որ մարմինը պետք է ունենա խնդրո առարկա նյութի հալման կետին հավասար ջերմաստիճան։ Բյուրեղացման ժամանակ ջերմություն է արտանետվում հավասար (4):

Հեղուկը գոլորշու վերածելու համար անհրաժեշտ ջերմության (գոլորշիացման ջերմության) քանակությունը կարելի է գտնել հետևյալ կերպ.

որտեղ r-ը գոլորշիացման հատուկ ջերմությունն է: Երբ գոլորշին խտանում է, ջերմությունն ազատվում է։ Գոլորշիացման ջերմությունը հավասար է նյութի հավասար զանգվածների խտացման ջերմությանը։

Ջերմության քանակությունը չափող միավորներ

SI համակարգում ջերմության քանակի չափման հիմնական միավորն է՝ [Q]=J

Ջերմության արտահամակարգային միավոր, որը հաճախ հանդիպում է տեխնիկական հաշվարկներում: [Q]=կալ (կալորիականություն): 1 կալ = 4,1868 Ջ.

Խնդիրների լուծման օրինակներ

Օրինակ

Զորավարժություններ.Ի՞նչ ծավալներով ջուր պետք է խառնել t=40C ջերմաստիճանում 200 լիտր ջուր ստանալու համար, եթե ջրի մեկ զանգվածի ջերմաստիճանը t 1 =10C, ջրի երկրորդ զանգվածը t 2 =60C.

Լուծում.Գրենք հավասարումը ջերմային հավասարակշռությունորպես:

որտեղ Q=cmt - ջուրը խառնելուց հետո պատրաստված ջերմության քանակը; Q 1 \u003d սմ 1 տ 1 - t 1 ջերմաստիճանով և m 1 զանգվածով ջրի մի մասի ջերմության քանակը. Q 2 \u003d սմ 2 տ 2 - t 2 ջերմաստիճանով և m 2 զանգվածով ջրի մի մասի ջերմության քանակը:

Հավասարումը (1.1) ենթադրում է.

Երբ ջրի սառը (V 1) և տաք (V 2) մասերը միավորում ենք մեկ ծավալով (V), մենք կարող ենք ընդունել, որ.

Այսպիսով, մենք ստանում ենք հավասարումների համակարգ.

Լուծելով այն՝ մենք ստանում ենք.

Ուրվագծային պլան

բաց դասֆիզիկա 8 «Ե» դասարանում

MOU գիմնազիա թիվ 77, ո. Տոլյատի

ֆիզիկայի ուսուցիչներ

Իվանովա Մարիա Կոնստանտինովնա

Դասի թեման.

Խնդիրների լուծում՝ մարմնի տաքացման համար պահանջվող կամ հովացման ընթացքում նրա կողմից արտանետվող ջերմության քանակի հաշվարկման համար:

ամսաթիվը՝

Դասի նպատակը.

զարգացնել գործնական հմտություններ ջեռուցման համար պահանջվող և հովացման ընթացքում արտանետվող ջերմության քանակի հաշվարկման համար.

զարգացնել հաշվելու հմտությունները, բարելավել տրամաբանական հմտությունները խնդիրների սյուժեն վերլուծելու, որակական և հաշվողական խնդիրներ լուծելու համար.

զարգացնել զույգերով աշխատելու կարողություն, հարգել հակառակորդի կարծիքը և պաշտպանել նրանց տեսակետը, զգույշ լինել ֆիզիկայի առաջադրանքները կատարելիս:

Դասի սարքավորումներ.

համակարգիչ, պրոյեկտոր, թեմայի պրեզենտացիա (հավելված թիվ 1), նյութեր մեկ հավաքածութվային կրթական ռեսուրսներ.

Դասի տեսակը.

խնդրի լուծում.

«Ձեր մատը լուցկի բոցի մեջ դրեք, և դուք կզգաք մի զգացում, որը հավասար չէ երկնքում կամ երկրի վրա. սակայն, այն ամենը, ինչ տեղի է ունեցել, պարզապես մոլեկուլների բախման արդյունք է:

Ջ. Ուիլեր

Դասերի ընթացքում.

Կազմակերպման ժամանակ

Ողջույն ուսանողներին.

Ստուգում բացակայող ուսանողների համար:

Դասի թեմայի և նպատակների ներկայացում.

Տնային առաջադրանքների ստուգում.

1.Ճակատային հետազոտություն

Որքա՞ն է նյութի հատուկ ջերմային հզորությունը: (Սլայդ թիվ 1)

Ո՞րն է նյութի տեսակարար ջերմունակության միավորը:

Ինչու են ջրային մարմինները դանդաղ սառչում: Ինչու՞ սառույցը երկար ժամանակ չի հեռանում գետերից և հատկապես լճերից, չնայած եղանակը երկար ժամանակ տաք է:

Ինչո՞ւ է Կովկասի Սև ծովի ափին բավականաչափ տաք նույնիսկ ձմռանը:

Ինչու են շատ մետաղներ զգալիորեն սառչում: ավելի արագ, քան ջուրը? (Սլայդ թիվ 2)

2. Անհատական ​​հարցում (մի քանի ուսանողների համար բազմաստիճան առաջադրանքներով քարտեր)

Նոր թեմայի ուսումնասիրություն:

1. Ջերմության քանակի հայեցակարգի կրկնություն:

Ջերմության քանակությունը- ջերմության փոխանցման ընթացքում ներքին էներգիայի փոփոխության քանակական չափում:

Մարմնի կողմից կլանված ջերմության քանակը համարվում է դրական, իսկ արտանետվող ջերմության քանակը՝ բացասական։ «Մարմինն ունի որոշակի քանակությամբ ջերմություն» կամ «մարմինը պարունակում է (պահեստավորված) որոշակի քանակությամբ ջերմություն» արտահայտությունը իմաստ չունի։ Ջերմության քանակությունը կարելի է ստանալ կամ տրվել ցանկացած գործընթացում, բայց այն չի կարելի տիրապետել:

Մարմինների միջև սահմանին ջերմափոխանակության ժամանակ սառը մարմնի դանդաղ շարժվող մոլեկուլները փոխազդում են տաք մարմնի արագ շարժվող մոլեկուլների հետ: Արդյունքում մոլեկուլների կինետիկ էներգիաները հավասարվում են, և սառը մարմնի մոլեկուլների արագությունը մեծանում է, իսկ տաք մարմնինը՝ նվազում։

Ջերմափոխանակության ժամանակ էներգիայի մի ձևից մյուսը փոխակերպվում է, տաք մարմնի ներքին էներգիայի մի մասը փոխանցվում է սառը մարմնին:

2. Ջերմության քանակի բանաձևը.

Ջերմության քանակի հաշվարկման խնդիրները լուծելու համար մենք ստանում ենք աշխատանքային բանաձև. Ք = սմ ( տ 2 - տ 1 ) - գրատախտակին և տետրերում գրելը.

Մենք պարզում ենք, որ մարմնի կողմից տրվող կամ ստացվող ջերմության քանակը կախված է մարմնի սկզբնական ջերմաստիճանից, զանգվածից և հատուկ ջերմային հզորությունից։

Գործնականում հաճախ օգտագործվում են ջերմային հաշվարկներ: Օրինակ, շենքեր կառուցելիս պետք է հաշվի առնել, թե ամբողջ ջեռուցման համակարգը որքան ջերմություն պետք է տա ​​շենքին։ Դուք նաև պետք է իմանաք, թե որքան ջերմություն կանցնի շրջակա տարածք պատուհանների, պատերի, դռների միջոցով:

3 . Ջերմության քանակի կախվածությունը տարբեր քանակներից . (Սլայդներ #3, #4, #5, #6)

4 . Հատուկ ջերմություն (Սլայդ թիվ 7)

5. Ջերմության քանակությունը չափող միավորներ (Սլայդ թիվ 8)

6. Ջերմության քանակի հաշվարկման խնդրի լուծման օրինակ (Սլայդ թիվ 10)

7. Տախտակի վրա և նոթատետրերում ջերմության քանակի հաշվարկման խնդիրների լուծում

Մենք նաև պարզում ենք, որ եթե մարմինների միջև տեղի է ունենում ջերմափոխանակություն, ապա բոլոր տաքացնող մարմինների ներքին էներգիան ավելանում է այնքանով, որքանով հովացման մարմինների ներքին էներգիան նվազում է։ Դա անելու համար օգտագործում ենք դասագրքի 9-րդ կետի լուծված խնդրի օրինակ:

Դինամիկ դադար.

IV. Ուսումնասիրված նյութի համախմբում.

1. Հարցեր ինքնատիրապետման համար (Սլայդ թիվ 9)

2. Որակի խնդիրների լուծում:

Ինչո՞ւ է անապատներում ցերեկը շոգ, իսկ գիշերը ջերմաստիճանը իջնում ​​է 0°C-ից: (Ավազն ունի ցածր հատուկ ջերմային հզորություն, ուստի այն արագ տաքանում և սառչում է:)

Նույն զանգվածի կապարի և պողպատի մի կտոր մուրճով նույնքան հարվածներ են հասցվել։ Ո՞ր կտորն է ավելի տաքացել: Ինչո՞ւ։ (Կապարի կտորն ավելի է տաքանում, քանի որ կապարի տեսակարար ջերմունակությունը ավելի քիչ է։)

Ինչու՞ են երկաթե վառարանները ավելի արագ տաքացնում սենյակը, քան աղյուսե վառարանները, բայց այդքան երկար չեն տաքանում: (Հատուկ ջերմությունավելի քիչ պղինձ, քան աղյուսը):

Նույն զանգվածի պղնձի և պողպատի կշիռներին տրվում է հավասար քանակությամբ ջերմություն: Ո՞ր քաշն է ամենաշատը փոխելու ջերմաստիճանը. (Պղնձի մոտ, քանի որ պղնձի հատուկ ջերմային հզորությունը ավելի քիչ է։)

Ի՞նչն է ավելի շատ էներգիա սպառում՝ ջուր տաքացնելը, թե ալյումինե կաթսա տաքացնելը, եթե դրանց զանգվածները նույնն են: (Ջրի տաքացման համար, քանի որ ջրի հատուկ ջերմային հզորությունը մեծ է։)

Ինչպես գիտեք, երկաթն ավելի բարձր տեսակարար ջերմային հզորություն ունի, քան պղնձը։ Հետևաբար, երկաթից պատրաստված խայթոցը ներքին էներգիայի ավելի մեծ մատակարարում կունենա, քան պղնձից պատրաստված նույն խայթոցը, եթե դրանց զանգվածներն ու ջերմաստիճանները հավասար են: Ինչու, չնայած դրան, զոդման երկաթի ծայրերը պղնձից են: (Պղնձը ունի մեծ ջերմային հաղորդունակություն.)

Հայտնի է, որ մետաղի ջերմահաղորդականությունը շատ ավելի մեծ է, քան ապակու ջերմահաղորդականությունը։ Այդ դեպքում ինչո՞ւ են կալորիմետրերը մետաղից, այլ ոչ թե ապակուց: (Մետաղն ունի բարձր ջերմահաղորդականություն և ցածր տեսակարար ջերմություն, որի շնորհիվ կալորիմետրի ներսում ջերմաստիճանը արագորեն հավասարվում է, և քիչ ջերմություն է ծախսվում այն ​​տաքացնելու վրա։ Բացի այդ, մետաղի ճառագայթումը շատ ավելի քիչ է, քան ապակու ճառագայթումը, ինչը նվազեցնում է ջերմության կորուստը:)

Հայտնի է, որ չամրացված ձյունը լավ է պաշտպանում հողը ցրտահարությունից, քանի որ այն պարունակում է շատ օդ, որը ջերմության վատ հաղորդիչ է։ Բայց չէ՞ որ նույնիսկ օդի շերտերը հարում են ձյունով չծածկված հողին։ Այդ դեպքում ինչու՞ նա շատ չի սառչում այս դեպքում: (Օդը, ձյունով չծածկված հողի հետ շփվելով, անընդհատ շարժման մեջ է, խառնված։ Այս շարժվող օդը հեռացնում է ջերմությունը երկրից և մեծացնում է դրանից խոնավության գոլորշիացումը: Օդը, որը գտնվում է ձյան մասնիկների միջև, անգործուն է և որպես ջերմության վատ հաղորդիչ՝ պաշտպանում է երկիրը սառցակալումից։)

3. Հաշվարկային խնդիրների լուծում

Առաջին երկու առաջադրանքները լուծում են բարձր մոտիվացիա ունեցող աշակերտները գրատախտակի մոտ՝ կոլեկտիվ քննարկմամբ: Մենք ճիշտ մոտեցումներ ենք գտնում պատճառաբանելու և խնդիրների լուծման մեջ։

Առաջադրանք թիվ 1.

Պղնձի կտորը 20°C-ից մինչև 170°C տաքացնելիս ծախսվել է 140000 Ջ ջերմություն։ Որոշեք պղնձի զանգվածը:

Առաջադրանք թիվ 2

Որքա՞ն է հեղուկի հատուկ ջերմային հզորությունը, եթե 2 լիտրը 20°C-ով տաքացնելու համար պահանջվել է 150000 Ջ։ Հեղուկի խտությունը 1,5 գ/սմ3 է։

Ուսանողները զույգերով պատասխանում են հետևյալ հարցերին.

Առաջադրանք թիվ 3.

Մ զանգվածով երկու պղնձե գնդիկներ oև 4 մ oտաքացվում է այնպես, որ երկու գնդակներն էլ ստանան նույն քանակությամբ ջերմություն: Միևնույն ժամանակ մեծ գունդը տաքացավ 5°C-ով: Որքա՞ն է տաքացել ավելի փոքր զանգվածի գունդը:

Առաջադրանք թիվ 4.

Որքա՞ն ջերմություն է արձակվում, երբ 4 մ³ սառույցը սառչում է 10°C-ից մինչև -40°C:

Առաջադրանք թիվ 5.

Ո՞ր դեպքում երկու նյութ տաքացնելու համար ավելի շատ ջերմություն կպահանջվի, եթե երկու նյութի տաքացումը նույնն է ∆ տ 1 = ∆տ 2 Առաջին նյութը 2 կգ զանգվածով աղյուս է և s = 880 J / կգ ∙ ° C, իսկ արույրը ՝ 2 կգ զանգված և s \u003d 400 J / կգ ∙ ° C:

Առաջադրանք թիվ 6.

4 կգ զանգվածով պողպատե ձող է տաքացվում։ Այս դեպքում ծախսվել է 200000 Ջ ջերմություն։ Որոշեք մարմնի վերջնական ջերմաստիճանը, եթե սկզբնական ջերմաստիճանը տ 0 = 10 ° C

Երբ ուսանողներն ինքնուրույն են լուծում խնդիրները, բնական է, որ հարցեր են առաջանում. Ամենահաճախ տրվող հարցերը քննարկվում են կոլեկտիվ: Այն հարցերին, որոնք մասնավոր բնույթ են կրում, տրվում են անհատական ​​պատասխաններ։

Արտացոլում. Նշաններ դնելը.

Ուսուցիչ: Դե, տղաներ, ի՞նչ սովորեցիք այսօրվա դասին և ի՞նչ նոր սովորեցիք:

Ուսանողների պատասխանների նմուշ :

Մշակել է «մարմնի տաքացման համար անհրաժեշտ և հովացման ընթացքում արտանետվող ջերմության քանակի հաշվարկ» թեմայով որակական և հաշվողական խնդիրների լուծման հմտություններ։

Մենք գործնականում համոզվեցինք, թե ինչպես են այնպիսի առարկաներ, ինչպիսիք են ֆիզիկան և մաթեմատիկան, համընկնում և փոխկապակցված:

Տնային աշխատանք:

Լուծե՛ք թիվ 1024, 1025 խնդիրները, խնդիրների ժողովածուից Վ.Ի. Լուկաշիկ, Է.Վ.Իվանովա.

Ինքնուրույն խնդիր է առաջադրում՝ հաշվարկելու մարմնի տաքացման համար պահանջվող կամ հովացման ընթացքում դրա կողմից թողարկված ջերմության քանակությունը:

Ինչպես գիտեք, տարբեր մեխանիկական գործընթացների ժամանակ տեղի է ունենում մեխանիկական էներգիայի փոփոխություն Վմեհ. Մեխանիկական էներգիայի փոփոխության չափումը համակարգի վրա կիրառվող ուժերի աշխատանքն է.

\(~\Delta W_(meh) = A.\)

Ջերմափոխանակության ժամանակ տեղի է ունենում մարմնի ներքին էներգիայի փոփոխություն։ Ջերմափոխադրման ընթացքում ներքին էներգիայի փոփոխության չափը ջերմության քանակն է։

Ջերմության քանակությունըներքին էներգիայի փոփոխության չափանիշ է, որը մարմինը ստանում է (կամ տալիս է) ջերմության փոխանցման գործընթացում։

Այսպիսով, և՛ աշխատանքը, և՛ ջերմության քանակը բնութագրում է էներգիայի փոփոխությունը, բայց նույնական չեն էներգիային: Նրանք չեն բնութագրում ինքնին համակարգի վիճակը, այլ որոշում են էներգիայի փոխանցման գործընթացը մի ձևից մյուսը (մեկ մարմնից մյուսը), երբ վիճակը փոխվում է և էապես կախված է գործընթացի բնույթից:

Աշխատանքի և ջերմության քանակի հիմնական տարբերությունն այն է, որ աշխատանքը բնութագրում է համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխման գործընթացը, որն ուղեկցվում է էներգիայի փոխակերպմամբ մի տեսակից մյուսը (մեխանիկականից ներքին): Ջերմության քանակությունը բնութագրում է ներքին էներգիայի փոխանցման գործընթացը մի մարմնից մյուսը (ավելի տաքացածից ավելի քիչ տաքացած), չուղեկցվող էներգիայի փոխակերպումներով։

Փորձը ցույց է տալիս, որ զանգվածով մարմինը տաքացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակությունը մջերմաստիճանը Տ 1-ից մինչև ջերմաստիճան Տ 2-ը հաշվարկվում է բանաձևով

\(~Q = սմ (T_2 - T_1) = սմ \Delta T, \qquad (1)\)

որտեղ գ- նյութի հատուկ ջերմային հզորություն.

\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)

Հատուկ ջերմության SI միավորը ջոուլն է մեկ կիլոգրամ-Քելվինի համար (J/(kg K)):

Հատուկ ջերմություն գԹվային առումով հավասար է ջերմության այն քանակին, որը պետք է հաղորդվի 1 կգ զանգվածով մարմնին, որպեսզի այն տաքացվի 1 Կ-ով։

Ջերմային հզորությունմարմինը Գ T-ն թվայինորեն հավասար է մարմնի ջերմաստիճանը 1 Կ-ով փոխելու համար պահանջվող ջերմության քանակին.

\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = սմ.\)

Մարմնի ջերմային հզորության SI միավորը Ջուլն է մեկ Կելվինի համար (J/K):

Հեղուկը մշտական ​​ջերմաստիճանում գոլորշու վերածելու համար անհրաժեշտ է ջերմության քանակը

\(~Q = Lm, \qquad (2)\)

որտեղ Լ- գոլորշիացման հատուկ ջերմություն. Երբ գոլորշին խտանում է, նույն քանակությամբ ջերմություն է արձակվում։

զանգվածով բյուրեղային մարմինը հալեցնելու համար մհալման կետում անհրաժեշտ է, որ մարմինը տեղեկացնի ջերմության քանակի մասին

\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)

որտեղ λ - միաձուլման հատուկ ջերմություն. Մարմնի բյուրեղացման ժամանակ նույնքան ջերմություն է արտազատվում։

Ջերմության քանակությունը, որն ազատվում է վառելիքի զանգվածի ամբողջական այրման ժամանակ մ,

\(~Q = qm, \qquad (4)\)

որտեղ ք- այրման հատուկ ջերմություն.

Գոլորշացման, հալման և այրման հատուկ ջերմությունների SI միավորը մեկ կիլոգրամի համար Ջոուլ է (Ջ/կգ):

գրականություն

Ակսենովիչ Լ.Ա. Ֆիզիկա ին ավագ դպրոց: Տեսություն. Առաջադրանքներ. Թեստեր՝ Պրոց. նպաստ տրամադրող հաստատությունների համար ընդհանուր. միջավայրեր, կրթություն / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Էդ. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 154-155:

« Ֆիզիկա - 10 դասարան»

Ի՞նչ գործընթացներում է տեղի ունենում նյութի ագրեգատային փոխակերպումը:
Ինչպես կարող ես փոխել ագրեգացման վիճակնյութեր?

Դուք կարող եք փոխել ցանկացած մարմնի ներքին էներգիան՝ աշխատանք կատարելով, տաքացնելով կամ հակառակը՝ սառեցնելով այն։
Այսպիսով, մետաղը դարբնելու ժամանակ աշխատանք է կատարվում և այն տաքացվում է, մինչդեռ միաժամանակ մետաղը կարելի է տաքացնել վառվող բոցի վրա։

Նաև, եթե մխոցը ամրացված է (նկ. 13.5), ապա տաքացնելիս գազի ծավալը չի ​​փոխվում և աշխատանք չի կատարվում։ Բայց գազի ջերմաստիճանը և, հետևաբար, նրա ներքին էներգիան մեծանում է:

Ներքին էներգիան կարող է աճել և նվազել, ուստի ջերմության քանակը կարող է լինել դրական կամ բացասական:

Առանց աշխատանք կատարելու էներգիան մի մարմնից մյուսը փոխանցելու գործընթացը կոչվում է ջերմափոխանակություն.

Ջերմափոխանակության ընթացքում ներքին էներգիայի փոփոխության քանակական չափումը կոչվում է ջերմության քանակը.

Ջերմության փոխանցման մոլեկուլային պատկեր.

Մարմինների միջև սահմանին ջերմափոխանակության ժամանակ սառը մարմնի դանդաղ շարժվող մոլեկուլները փոխազդում են տաք մարմնի արագ շարժվող մոլեկուլների հետ: Արդյունքում մոլեկուլների կինետիկ էներգիաները հավասարվում են, և սառը մարմնի մոլեկուլների արագությունը մեծանում է, իսկ տաք մարմնինը՝ նվազում։

Ջերմափոխանակության ընթացքում էներգիայի փոխակերպում չի կատարվում մի ձևից մյուսը, ավելի տաք մարմնի ներքին էներգիայի մի մասը փոխանցվում է ավելի քիչ տաքացած մարմնին:

Ջերմության և ջերմային հզորության քանակը:

Դուք արդեն գիտեք, որ m զանգված ունեցող մարմինը t 1 ջերմաստիճանից t 2 ջերմաստիճան տաքացնելու համար անհրաժեշտ է ջերմության քանակություն փոխանցել նրան.

Q \u003d սմ (t 2 - t 1) \u003d սմ Δt. (13.5)

Երբ մարմինը սառչում է, նրա վերջնական ջերմաստիճանը t 2 պարզվում է, որ պակաս է սկզբնական t 1 ջերմաստիճանից, և մարմնի կողմից արտանետվող ջերմության քանակը բացասական է:

(13.5) բանաձևում c գործակիցը կոչվում է հատուկ ջերմային հզորություննյութեր.

Հատուկ ջերմություն- սա մի արժեք է, որը թվայինորեն հավասար է ջերմության քանակին, որը ստանում կամ արձակում է 1 կգ զանգված ունեցող նյութը, երբ նրա ջերմաստիճանը փոխվում է 1 Կ-ով:

Գազերի հատուկ ջերմային հզորությունը կախված է ջերմության փոխանցման գործընթացից: Եթե ​​դուք տաքացնում եք գազը մշտական ​​ճնշման տակ, այն կընդլայնվի և կաշխատի: Մշտական ​​ճնշման տակ գազը 1 °C-ով տաքացնելու համար անհրաժեշտ է ավելի շատ ջերմություն փոխանցել, քան մշտական ​​ծավալով տաքացնելը, երբ գազը միայն տաքանում է:

հեղուկ և պինդ մարմիններմի փոքր ընդարձակել, երբ տաքանում է: Նրանց հատուկ ջերմային հզորությունները հաստատուն ծավալի և մշտական ​​ճնշման դեպքում քիչ են տարբերվում:

Գոլորշիացման հատուկ ջերմություն:

Եռման ընթացքում հեղուկը գոլորշու վերածելու համար անհրաժեշտ է որոշակի քանակությամբ ջերմություն փոխանցել դրան։ Հեղուկի ջերմաստիճանը չի փոխվում, երբ այն եռում է։ Հեղուկի գոլորշու վերածումը հաստատուն ջերմաստիճանում չի հանգեցնում մոլեկուլների կինետիկ էներգիայի ավելացման, այլ ուղեկցվում է դրանց փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիայի ավելացմամբ։ Ի վերջո, գազի մոլեկուլների միջև միջին հեռավորությունը շատ ավելի մեծ է, քան հեղուկի մոլեկուլների միջև:

Այն արժեքը, որը թվայինորեն հավասար է ջերմության քանակին, որն անհրաժեշտ է 1 կգ հեղուկը մշտական ​​ջերմաստիճանում գոլորշու վերածելու համար, կոչվում է. գոլորշիացման հատուկ ջերմություն.

Հեղուկի գոլորշիացման գործընթացը տեղի է ունենում ցանկացած ջերմաստիճանում, մինչդեռ ամենաարագ մոլեկուլները հեռանում են հեղուկից, և այն սառչում է գոլորշիացման ժամանակ: Գոլորշացման հատուկ ջերմությունը հավասար է գոլորշիացման հատուկ ջերմությանը:

Այս արժեքը նշվում է r տառով և արտահայտվում է ջոուլներով մեկ կիլոգրամով (J / կգ):

Ջրի գոլորշիացման տեսակարար ջերմությունը շատ բարձր է՝ r H20 = 2,256 10 6 Ջ/կգ 100 °C ջերմաստիճանում։ Այլ հեղուկներում, ինչպիսիք են ալկոհոլը, եթերը, սնդիկը, կերոսինը, գոլորշիացման հատուկ ջերմությունը 3-10 անգամ ավելի քիչ է, քան ջրի ջերմությունը:

M զանգվածով հեղուկը գոլորշու վերածելու համար անհրաժեշտ է ջերմության քանակություն, որը հավասար է.

Q p \u003d rm. (13.6)

Երբ գոլորշին խտանում է, նույն քանակությամբ ջերմություն է թողարկվում.

Q k \u003d -rm. (13.7)

Միաձուլման հատուկ ջերմություն:

Երբ բյուրեղային մարմինը հալվում է, նրան մատակարարվող ողջ ջերմությունը գնում է մոլեկուլների փոխազդեցության պոտենցիալ էներգիան մեծացնելու համար: Մոլեկուլների կինետիկ էներգիան չի փոխվում, քանի որ հալումը տեղի է ունենում հաստատուն ջերմաստիճանում։

Արժեք, որը թվայինորեն հավասար է փոխակերպման համար պահանջվող ջերմության քանակին բյուրեղային նյութ 1 կգ քաշով հալման կետում հեղուկ է կոչվում միաձուլման հատուկ ջերմությունև նշանակվում են λ տառով։

1 կգ զանգված ունեցող նյութի բյուրեղացման ժամանակ արտազատվում է ճիշտ նույնքան ջերմություն, որքան ներծծվում է հալման ժամանակ։

Սառույցի հալման հատուկ ջերմությունը բավականին բարձր է՝ 3,34 10 5 Ջ/կգ։

«Եթե սառույցը չունենար միաձուլման բարձր ջերմություն, ապա գարնանը սառույցի ամբողջ զանգվածը պետք է հալվեր մի քանի րոպեում կամ վայրկյանում, քանի որ ջերմությունը օդից անընդհատ փոխանցվում է սառույցին: Սրա հետևանքները սարսափելի կլինեն. որովհետև նույնիսկ ներկա իրավիճակում մեծ ջրհեղեղներ և ջրի մեծ հեղեղներ են առաջանում սառույցի կամ ձյան մեծ զանգվածների հալվելուց»։ R. Black, XVIII դ

M զանգվածով բյուրեղային մարմինը հալեցնելու համար պահանջվում է ջերմության քանակություն, որը հավասար է.

Qpl \u003d λm. (13.8)

Մարմնի բյուրեղացման ընթացքում արձակված ջերմության քանակը հավասար է.

Q cr = -λm (13.9)

Ջերմային հաշվեկշռի հավասարումը.

Դիտարկենք ջերմափոխանակությունը համակարգում, որը բաղկացած է մի քանի մարմիններից, որոնք սկզբում ունեն տարբեր ջերմաստիճաններ, օրինակ՝ ջերմափոխանակությունը անոթի ջրի և ջրի մեջ իջեցված տաք երկաթե գնդակի միջև: Ըստ էներգիայի պահպանման օրենքի՝ մի մարմնի կողմից արտանետվող ջերմության քանակը թվայինորեն հավասար է մյուսի կողմից ստացված ջերմության քանակին։

Տրված ջերմության քանակը համարվում է բացասական, ստացված ջերմության քանակը՝ դրական։ Հետեւաբար, ջերմության ընդհանուր քանակությունը Q1 + Q2 = 0:

Եթե ​​ջերմափոխանակությունը տեղի է ունենում մեկուսացված համակարգում մի քանի մարմինների միջեւ, ապա

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)

Կանչվում է հավասարումը (13.10): ջերմային հաշվեկշռի հավասարումը.

Այստեղ Q 1 Q 2 , Q 3 - մարմինների կողմից ստացված կամ տրվող ջերմության քանակը: Ջերմության այս քանակներն արտահայտվում են (13.5) կամ (13.6) - (13.9) բանաձևերով, եթե ջերմափոխանակման գործընթացում տեղի են ունենում նյութի տարբեր փուլային փոխակերպումներ (հալում, բյուրեղացում, գոլորշիացում, խտացում):