Məlum olduğu kimi, müxtəlif mexaniki proseslər zamanı mexaniki enerjidə dəyişiklik baş verir. Mexanik enerjinin dəyişməsinin ölçüsü sistemə tətbiq olunan qüvvələrin işidir:
İstilik mübadiləsi zamanı dəyişiklik baş verir daxili enerji orqanlar. İstilik ötürülməsi zamanı daxili enerjinin dəyişməsinin ölçüsü istilik miqdarıdır.
İstiliyin miqdarı istilik mübadiləsi prosesi zamanı bədənin aldığı (və ya imtina etdiyi) daxili enerjinin dəyişməsinin ölçüsüdür.
Beləliklə, həm iş, həm də istilik miqdarı enerjinin dəyişməsini xarakterizə edir, lakin enerji ilə eyni deyil. Onlar sistemin özünün vəziyyətini xarakterizə etmir, lakin vəziyyət dəyişdikdə və prosesin xarakterindən əhəmiyyətli dərəcədə asılı olduqda enerjinin bir növdən digərinə (bir bədəndən digərinə) keçid prosesini müəyyən edir.
İşlə istilik miqdarı arasındakı əsas fərq ondan ibarətdir ki, iş enerjinin bir növdən digərinə (mexanikidən daxiliyə) çevrilməsi ilə müşayiət olunan sistemin daxili enerjisinin dəyişdirilməsi prosesini xarakterizə edir. İstiliyin miqdarı daxili enerjinin bir bədəndən digərinə (daha çox qızdırılandan daha az qızdırılana) ötürülməsi prosesini xarakterizə edir, enerji çevrilmələri ilə müşayiət olunmur.
Təcrübə göstərir ki, kütləsi m olan cismi temperaturdan temperatura qədər qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarı düsturla hesablanır.
burada c - maddənin xüsusi istilik tutumu;
Xüsusi istilik tutumunun SI vahidi hər kiloqram Kelvin üçün jouldur (J/(kq K)).
Xüsusi istilik c çəkisi 1 kq olan bədəni 1 K qızdırmaq üçün ona verilməli olan istilik miqdarına ədədi olaraq bərabərdir.
İstilik tutumu bədən istiliyi 1 K dəyişmək üçün tələb olunan istilik miqdarına ədədi olaraq bərabərdir:
Cismin istilik tutumunun SI vahidi Kelvin başına joule (J/K) təşkil edir.
Bir mayeni sabit bir temperaturda buxara çevirmək üçün müəyyən miqdarda istilik sərf etmək lazımdır
burada L buxarlanmanın xüsusi istiliyidir. Buxar kondensasiya edildikdə, eyni miqdarda istilik ayrılır.
Kütləsi m olan kristal cismi ərimə temperaturunda əritmək üçün bədənə müəyyən miqdarda istilik vermək lazımdır.
ərimənin xüsusi istiliyi haradadır. Bədən kristallaşdıqda, eyni miqdarda istilik ayrılır.
Zaman ayrılan istilik miqdarı tam yanma m kütləsi olan yanacaq,
burada q xüsusi yanma istiliyidir.
Buxarlanma, ərimə və yanmanın xüsusi istiliklərinin SI vahidi hər kiloqram üçün joule (J/kq) təşkil edir.
Məlum olduğu kimi, müxtəlif mexaniki proseslər zamanı mexaniki enerjidə dəyişiklik baş verir W meh. Mexanik enerjinin dəyişməsinin ölçüsü sistemə tətbiq olunan qüvvələrin işidir:
\(~\Delta W_(meh) = A.\)
İstilik mübadiləsi zamanı bədənin daxili enerjisində dəyişiklik baş verir. İstilik ötürülməsi zamanı daxili enerjinin dəyişməsinin ölçüsü istilik miqdarıdır.
İstiliyin miqdarı istilik mübadiləsi prosesi zamanı bədənin aldığı (və ya imtina etdiyi) daxili enerjinin dəyişməsinin ölçüsüdür.
Beləliklə, həm iş, həm də istilik miqdarı enerjinin dəyişməsini xarakterizə edir, lakin enerji ilə eyni deyil. Onlar sistemin özünün vəziyyətini xarakterizə etmir, lakin vəziyyət dəyişdikdə və prosesin xarakterindən əhəmiyyətli dərəcədə asılı olduqda enerjinin bir növdən digərinə (bir bədəndən digərinə) keçid prosesini müəyyən edir.
İşlə istilik miqdarı arasındakı əsas fərq ondan ibarətdir ki, iş enerjinin bir növdən digərinə (mexanikidən daxiliyə) çevrilməsi ilə müşayiət olunan sistemin daxili enerjisinin dəyişdirilməsi prosesini xarakterizə edir. İstiliyin miqdarı daxili enerjinin bir bədəndən digərinə (daha çox qızdırılandan daha az qızdırılana) ötürülməsi prosesini xarakterizə edir, enerji çevrilmələri ilə müşayiət olunmur.
Təcrübə göstərir ki, bədən kütləsini qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarı m temperaturda T 1 temperatura qədər T 2, formula ilə hesablanır
\(~Q = sm (T_2 - T_1) = sm \Delta T, \qquad (1)\)
Harada c- maddənin xüsusi istilik tutumu;
\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)
Xüsusi istilik tutumunun SI vahidi hər kiloqram Kelvin üçün jouldur (J/(kq K)).
Xüsusi istilik cçəkisi 1 kq olan bədəni 1 K qızdırmaq üçün ona verilməli olan istilik miqdarına ədədi olaraq bərabərdir.
İstilik tutumu bədən C T ədədi olaraq bədən istiliyini 1 K dəyişmək üçün tələb olunan istilik miqdarına bərabərdir:
\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = sm.\)
Cismin istilik tutumunun SI vahidi Kelvin başına joule (J/K) təşkil edir.
Bir mayeni sabit bir temperaturda buxara çevirmək üçün müəyyən miqdarda istilik sərf etmək lazımdır
\(~Q = Lm, \qquad (2)\)
Harada L- buxarlanmanın xüsusi istiliyi. Buxar kondensasiya edildikdə, eyni miqdarda istilik ayrılır.
Ağırlığı ilə kristal bir bədəni əritmək üçün mərimə nöqtəsində bədənin istilik miqdarını bildirməsi lazımdır
\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)
Harada λ - xüsusi ərimə istiliyi. Bədən kristallaşdıqda, eyni miqdarda istilik ayrılır.
Yanacağın tam yanması zamanı ayrılan istilik miqdarı m,
\(~Q = qm, \qquad (4)\)
Harada q- xüsusi yanma istiliyi.
Buxarlanma, ərimə və yanmanın xüsusi istiliklərinin SI vahidi hər kiloqram üçün joule (J/kq) təşkil edir.
Ədəbiyyat
Aksenoviç L. A. Orta məktəbdə fizika: Nəzəriyyə. Tapşırıqlar. Testlər: Dərslik. ümumi təhsil verən müəssisələr üçün müavinət. ətraf mühit, təhsil / L. A. Aksenoviç, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - S. 154-155.
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 qərarlıdırlar Şəxsi təcrübə və irrasional hisslər. "İstilik" sözünü eşidəndə ümumiyyətlə nə düşünürsünüz? Yumşaq yorğan, qışda işləyən mərkəzi istilik radiatoru, yazda ilk günəş işığı, pişik. Ya da ana baxışı, dostun təsəlli 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 iş görmək 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 gəldik əsas məqsəd bu məqalənin: istilik miqdarının təsviri. Bu, istilik mübadiləsi zamanı baş verən termodinamik sistemin daxili enerjisində dəyişiklikdir (yuxarıdakı düstura baxın). Joul və ya kalori ilə ölçülür. Aydındır ki, top alışqan üzərində, günəşdə və ya sadəcə içəridə tutulursa isti əl, sonra 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. Onlarsızdırlar xüsusi qurğularçox 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 qaz ən çox vizual termodinamik sistem kimi istifadə olunur.
Amma təəssüf ki, in müasir təhsil Həqiqi 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 şəkildə nümayiş etdiriləcək. Amma bu dünyanı yeni kəşf edən tələbə nəzəri porşenli ideal kolba haqqında eşitməkdən sıxılır. Məktəbdə real 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 etmələrinin 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.
Daxili enerji xarici örtük(plastik və ya metal) 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, termodinamik fizikanın təzahürləri həqiqi həyat Yox.
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 filizini 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. Gəlin iki eyni qab götürək və onlardan birinə 400 q ağırlığında su tökək, digərinə - bitki yağı 400 q ağırlığında, eyni ocaqlardan istifadə edərək onları qızdırmağa başlayaq. 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.
Fiziki kəmiyyət 1 kq maddəni 1 ºС qızdırmaq üçün nə qədər istilik tələb olunduğunu göstərən adlanır 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 hopdurulur çoxlu sayda istilik. 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= santimetr (t 2 -t 1),
Harada Q- istilik miqdarı, c- xüsusi istilik tutumu, m- bədən kütləsi, 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 maddələrin daxili quruluşunu və mikroparametrləri nəzərə almır.
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.
İstiliyin 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 kəmiyyətdir; 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.
Maddənin kristal qəfəsinin məhvinə sərf olunan enerji düsturla müəyyən edilir
Xüsusi birləşmə istiliyi hər bir maddə üçün məlum dəyərdir; fiziki cədvəllərdəki dəyərə 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 dəyərdir; fiziki cədvəllərdəki dəyərə baxın.
Yanma
Maddənin yanması zamanı ayrılan istilik miqdarı
Xüsusi yanma istiliyi hər bir maddə üçün məlum dəyərdir; fiziki cədvəllərdəki dəyərə baxın.
Qapalı və adiabatik olaraq təcrid olunmuş cisimlər sistemi üçün tənlik təmin edilir istilik balansı. 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 əmələ gəlir ki, bu da mayenin qalan hissəsi ilə müqayisədə xüsusi şəraitdə olur.Nəzərə almaq lazımdır ki, son dərəcə aşağı sıxılma qabiliyyətinə görə, daha sıx yığılmış səth qatının olması. mayenin həcmində heç bir nəzərə çarpan dəyişikliyə səbəb olmur. Bir molekul səthdən mayeyə doğru hərəkət edərsə, molekullararası qarşılıqlı təsir qüvvələri müsbət iş görəcəkdir. Əksinə, mayenin dərinliyindən müəyyən sayda molekulu səthə çəkmək (yəni mayenin səthini artırmaq) üçün xarici qüvvələr müsbət iş görməlidir Δ A xarici, dəyişməyə mütənasib Δ S səth sahəsi:
Mexanikadan məlumdur ki, sistemin tarazlıq halları onun potensial enerjisinin minimum dəyərinə uyğundur. 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 ona xarici qüvvə tətbiq edilməlidir.Əgər gücün təsiri altında çarpaz Δ ilə hərəkət edərsə. 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 sabun qabarcıqlarında səthi gərginlik qüvvələrinin təsiri nəticəsində artıq təzyiq Δ yaranır. 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 bərk cismin səthi. Bu zaman maye bərk cismin səthinə verilmiş maye-bərk cütü üçün xarakterik olan müəyyən kəskin bucaq θ ilə yaxınlaşır. 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.
Bu nəzərdə tutur:
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 müxtəlif sürətlə hərəkət edir. 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 mayenin içindən 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 qalan molekulların orta sürəti 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
İSTİLİK MÜBADİLƏSİ.
1. İstilik mübadiləsi.
İstilik mübadiləsi və ya istilik ötürülməsi iş görmədən bir cismin daxili enerjisinin digərinə ötürülməsi prosesidir.
Üç növ istilik ötürülməsi var.
1) İstilikkeçirmə- Bu, birbaşa təmas zamanı cisimlər arasında istilik mübadiləsidir.
2) Konveksiya- Bu, qaz və ya maye axını ilə istiliyin ötürüldüyü istilik mübadiləsidir.
3) Radiasiya– Bu, elektromaqnit şüalanma vasitəsilə istilik mübadiləsidir.
2. İstiliyin miqdarı.
İstiliyin miqdarı istilik mübadiləsi zamanı bədənin daxili enerjisinin dəyişməsinin ölçüsüdür. Məktubla qeyd olunur Q.
İstiliyin miqdarını ölçmək üçün vahid = 1 J.
İstilik mübadiləsi nəticəsində cismin başqa cisimdən aldığı istilik miqdarı temperaturun artırılmasına (molekulların kinetik enerjisinin artırılması) və ya aqreqasiya vəziyyətinin dəyişdirilməsinə (potensial enerjinin artırılması) sərf edilə bilər.
3.Maddənin xüsusi istilik tutumu.
Təcrübə göstərir ki, kütləsi m olan bir cismi T 1 temperaturdan T 2 temperaturuna qədər qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarı bədənin m kütləsi və temperatur fərqi (T 2 - T 1) ilə mütənasibdir, yəni.
Q = santimetr(T 2 - T 1 ) = smΔ T,
ilə qızdırılan cismin maddəsinin xüsusi istilik tutumu adlanır.
Maddənin xüsusi istilik tutumu onu 1 kq qızdırmaq üçün 1 kq maddəyə verilməli olan istilik miqdarına bərabərdir.
Xüsusi istilik tutumunun ölçü vahidi =.
Müxtəlif maddələr üçün istilik tutumunun dəyərləri fiziki cədvəllərdə tapıla bilər.
Bədən ΔT ilə soyuduqda tam eyni miqdarda istilik Q ayrılacaq.
4. Buxarlanmanın xüsusi istiliyi.
Təcrübə göstərir ki, mayenin buxara çevrilməsi üçün tələb olunan istilik miqdarı mayenin kütləsi ilə mütənasibdir, yəni.
Q = Lm,
mütənasiblik əmsalı haradadır L xüsusi buxarlanma istiliyi adlanır.
Buxarlanmanın xüsusi istiliyi 1 kq mayenin qaynama nöqtəsində buxara çevrilməsi üçün tələb olunan istilik miqdarına bərabərdir.
Buxarlanmanın xüsusi istiliyi üçün ölçü vahidi.
Əks proses zamanı buxar kondensasiyası, istilik buxar meydana gəlməsinə sərf edilən eyni miqdarda buraxılır.
5. Xüsusi ərimə istiliyi.
Təcrübə göstərir ki, bərk cismi mayeyə çevirmək üçün tələb olunan istilik miqdarı bədənin kütləsi ilə mütənasibdir, yəni.
Q = λ m,
burada mütənasiblik əmsalı λ ərimənin xüsusi istiliyi adlanır.
Xüsusi ərimə istiliyi 1 kq ağırlığında bərk cismi ərimə nöqtəsində mayeyə çevirmək üçün lazım olan istilik miqdarına bərabərdir.
Xüsusi birləşmə istiliyi üçün ölçü vahidi.
Ters proses zamanı, mayenin kristallaşması, əriməyə sərf edilən eyni miqdarda istilik ayrılır.
6. Yanmanın xüsusi istiliyi.
Təcrübə göstərir ki, yanacağın tam yanması zamanı ayrılan istilik miqdarı yanacağın kütləsi ilə mütənasibdir, yəni.
Q = qm,
Burada q mütənasiblik əmsalı xüsusi yanma istiliyi adlanır.
Xüsusi yanma istiliyi 1 kq yanacağın tam yanması zamanı ayrılan istilik miqdarına bərabərdir.
Xüsusi yanma istiliyinin ölçü vahidi.
7. İstilik balansının tənliyi.
İstilik mübadiləsi iki və ya daha çox cismi əhatə edir. Bəzi bədənlər istilik verir, bəziləri isə onu alır. İstilik mübadiləsi cisimlərin temperaturları bərabərləşənə qədər baş verir. Enerjinin saxlanması qanununa görə, verilən istilik miqdarı alınan istilik miqdarına bərabərdir. Bunun əsasında istilik balansı tənliyi yazılır.
Bir nümunəyə baxaq.
İstilik tutumu c 1 olan kütləsi m 1 olan cismin temperaturu T 1, istilik tutumu c 2 olan kütləsi m 2 olan cismin isə T 2 temperaturu var. Üstəlik, T 1 T 2-dən böyükdür. Bu orqanlar təmasda olur. Təcrübə göstərir ki, soyuq bir bədən (m 2) istiləşməyə başlayır və isti bir bədən (m 1) soyumağa başlayır. Bu, isti cismin daxili enerjisinin bir hissəsinin soyuq cismə köçürüldüyünü və temperaturların bərabərləşdiyini göstərir. Son ümumi temperaturu θ ilə işarə edək. 
İsti bir bədəndən soyuq bir bədənə ötürülən istilik miqdarı
Q köçürüldü. = c 1 m 1 (T 1 – θ )
Soyuq bir cismin istidən aldığı istilik miqdarı
Q alındı. = c 2 m 2 (θ – T 2 )
Enerjinin saxlanması qanununa görə Q köçürüldü. = Q alındı., yəni.
c 1 m 1 (T 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – T 2 )
Mötərizələri açıb ümumi sabit vəziyyət temperaturunun θ qiymətini ifadə edək.
Bu halda biz kelvində temperaturun θ qiymətini alırıq.
Lakin ifadələrdə Q ötürüldüyü üçün. və Q qəbul edilir. iki temperatur arasındakı fərqdir və həm Kelvində, həm də Selsi dərəcəsində eynidir, onda hesablama Selsi dərəcəsində aparıla bilər. Sonra
Bu halda temperaturun θ qiymətini Selsi dərəcəsində alırıq.
İstilik keçiriciliyi nəticəsində temperaturların bərabərləşməsi molekulyar kinetik nəzəriyyə əsasında istilik xaotik hərəkət prosesində toqquşma zamanı molekullar arasında kinetik enerjinin mübadiləsi kimi izah edilə bilər.
Bu nümunəni qrafiklə göstərmək olar. 