Ջերմության քանակությունը, որը կլանվում է մարմնի կողմից տաքացման ժամանակ: Ջերմության քանակությունը

« Ֆիզիկա - 10 դասարան»

Ի՞նչ գործընթացներում է տեղի ունենում նյութի ագրեգատային փոխակերպումը:
Ինչպե՞ս կարող է փոխվել նյութի վիճակը:

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.

փոփոխության քանակական չափում ներքին էներգիաջերմափոխանակության մեջ կոչվում է ջերմության քանակը.

Ջերմության փոխանցման մոլեկուլային պատկերը.

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 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 նրան փոխանցել ջերմության քանակը.

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 այն տեղափոխել մեծ քանակությամբջերմություն, քան այն մշտական ​​ծավալով տաքացնելու համար, երբ գազը միայն տաքանալու է:

Հեղուկները և պինդները տաքացնելիս մի փոքր ընդարձակվում են: Նրանց հատուկ ջերմային հզորությունները հաստատուն ծավալի և մշտական ​​ճնշման դեպքում քիչ են տարբերվում:

Գոլորշացման հատուկ ջերմություն:

Եռման ընթացքում հեղուկը գոլորշու վերածելու համար անհրաժեշտ է որոշակի քանակությամբ ջերմություն փոխանցել դրան։ Հեղուկի ջերմաստիճանը չի փոխվում, երբ այն եռում է։ Հեղուկի փոխակերպումը գոլորշու մշտական ​​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 պահանջվում 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 մշտական ​​ջերմաստիճանում:

Այն արժեքը, որը թվայինորեն հավասար է ջերմության քանակին, որն անհրաժեշտ է հալման կետում 1 կգ կշռող բյուրեղային նյութը հեղուկի վերածելու համար կոչվում է. 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 ընդունված 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 ընդունված կամ տրվող ջերմության քանակությունը: 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):

Այս դասում մենք կսովորենք, թե ինչպես հաշվարկել ջերմության քանակությունը, որն անհրաժեշտ է մարմինը տաքացնելու կամ այն ​​սառչելիս ազատելու համար: Դա անելու համար մենք կամփոփենք նախորդ դասերի ընթացքում ձեռք բերված գիտելիքները:

Բացի այդ, մենք կսովորենք, թե ինչպես օգտագործել ջերմության քանակի բանաձևը, որպեսզի արտահայտենք այս բանաձևից մնացած մեծությունները և հաշվենք դրանք՝ իմանալով այլ մեծություններ։ Կդիտարկվի նաև ջերմության քանակի հաշվարկման լուծման հետ կապված խնդրի օրինակ:

Այս դասը նվիրված է ջերմության քանակի հաշվմանը, երբ մարմինը տաքացվում է կամ նրանով ազատվում է սառչելիս:

Հաշվարկելու ունակություն պահանջվող գումարըջերմությունը շատ կարևոր է: Սա կարող է անհրաժեշտ լինել, օրինակ, ջերմության քանակությունը հաշվարկելիս, որը պետք է փոխանցվի ջրին սենյակ տաքացնելու համար:

Բրինձ. 1. Ջերմության քանակությունը, որը պետք է տեղեկացվի ջրին սենյակը տաքացնելու համար

Կամ հաշվարկել ջերմության քանակությունը, որն ազատվում է տարբեր շարժիչներում վառելիքի այրման ժամանակ.

Բրինձ. 2. Ջերմության քանակությունը, որն ազատվում է շարժիչում վառելիքի այրման ժամանակ

Նաև այս գիտելիքը անհրաժեշտ է, օրինակ, որոշելու ջերմության քանակությունը, որն ազատվում է Արևից և հարվածում Երկրին.

Բրինձ. 3. Արեգակի թողած և Երկրի վրա ընկնող ջերմության քանակությունը

Ջերմության քանակությունը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է իմանալ երեք բան (նկ. 4).

• մարմնի քաշը (որը սովորաբար կարելի է չափել կշեռքով);
• ջերմաստիճանի տարբերությունը, որով անհրաժեշտ է տաքացնել մարմինը կամ սառեցնել այն (սովորաբար չափվում է ջերմաչափով);
• մարմնի հատուկ ջերմային հզորությունը (որը կարելի է որոշել աղյուսակից):

Բրինձ. 4. Այն, ինչ դուք պետք է իմանաք որոշելու համար

Ջերմության քանակի հաշվարկման բանաձևը հետևյալն է.

Այս բանաձևը պարունակում է հետևյալ քանակությունները.

Ջերմության քանակը՝ չափված ջոուլներով (J);

Հատուկ ջերմություննյութեր՝ չափված;

- ջերմաստիճանի տարբերությունը, որը չափվում է Ցելսիուսի աստիճաններով ():

Դիտարկենք ջերմության քանակի հաշվարկման խնդիրը:

Առաջադրանք

Գրամ զանգված ունեցող պղնձե բաժակը պարունակում է մեկ լիտր ծավալով ջուր՝ ջերմաստիճանում: Որքա՞ն ջերմություն պետք է փոխանցվի մեկ բաժակ ջրին, որպեսզի դրա ջերմաստիճանը հավասարվի:

Բրինձ. 5. Խնդրի վիճակի նկարազարդում

Նախ գրում ենք կարճ վիճակ (Տրված է) և բոլոր քանակությունները փոխարկել միջազգային համակարգին (SI):

Տրված է.	SI
Գտնել:

Որոշում:

Նախ, որոշեք, թե ինչ այլ քանակություններ են մեզ անհրաժեշտ այս խնդիրը լուծելու համար: Ըստ հատուկ ջերմային հզորության աղյուսակի (Աղյուսակ 1) մենք գտնում ենք (պղնձի հատուկ ջերմունակությունը, քանի որ պայմանով ապակին պղինձ է), (ջրի հատուկ ջերմային հզորություն, քանի որ ըստ պայմանի, ապակու մեջ ջուր կա): Բացի այդ, մենք գիտենք, որ ջերմության քանակությունը հաշվարկելու համար մեզ անհրաժեշտ է ջրի զանգված։ Պայմանով մեզ տրվում է միայն ծավալը։ Այսպիսով, մենք վերցնում ենք ջրի խտությունը աղյուսակից. (Աղյուսակ 2):

Ներդիր 1. Որոշ նյութերի տեսակարար ջերմունակությունը,

Ներդիր 2. Որոշ հեղուկների խտություններ

Այժմ մենք ունենք այն ամենը, ինչ անհրաժեշտ է այս խնդիրը լուծելու համար։

Նկատի ունեցեք, որ ջերմության ընդհանուր քանակությունը բաղկացած կլինի պղնձե ապակու տաքացման համար պահանջվող ջերմության քանակից և դրա մեջ ջուրը տաքացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակից.

Մենք նախ հաշվարկում ենք պղնձե ապակու տաքացման համար պահանջվող ջերմության քանակը.

Նախքան ջուրը տաքացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակը հաշվարկելը, մենք հաշվարկում ենք ջրի զանգվածը՝ օգտագործելով 7-րդ դասարանից մեզ ծանոթ բանաձևը.

Այժմ մենք կարող ենք հաշվարկել.

Այնուհետև մենք կարող ենք հաշվարկել.

Հիշեք, թե ինչ է դա նշանակում՝ կիլոգրամ: «կիլո» նախածանցը նշանակում է .

Պատասխան..

Ջերմության քանակի (այսպես կոչված՝ ուղղակի խնդիրներ) և այս հայեցակարգի հետ կապված քանակությունների հայտնաբերման խնդիրները լուծելու հարմարության համար կարող եք օգտագործել հետևյալ աղյուսակը։

Ցանկալի արժեք	Նշանակում	Միավորներ	Հիմնական բանաձև	Քանակի բանաձև
Ջերմության քանակությունը

Դուք կարող եք փոխել գազի ներքին էներգիան բալոնում ոչ միայն աշխատանք կատարելով, այլև գազը տաքացնելով (նկ. 43): Եթե ​​մխոցը ֆիքսված է, ապա գազի ծավալը չի ​​փոխվի, բայց ջերմաստիճանը, հետևաբար և ներքին էներգիան, կբարձրանա:

Առանց աշխատանք կատարելու մի մարմնից մյուսը էներգիա փոխանցելու գործընթացը կոչվում է ջերմափոխանակում կամ ջերմափոխանակում։

Ջերմության փոխանցման արդյունքում մարմնին փոխանցվող էներգիան կոչվում է ջերմության քանակ։ Ջերմության քանակությունը կոչվում է նաև էներգիա, որը մարմինը տալիս է ջերմության փոխանցման գործընթացում:

Ջերմության փոխանցման մոլեկուլային պատկերը.Մարմինների միջև սահմանին ջերմափոխանակության ժամանակ սառը մարմնի դանդաղ շարժվող մոլեկուլները փոխազդում են տաք մարմնի ավելի արագ շարժվող մոլեկուլների հետ։ Արդյունքում՝ կինետիկ էներգիաները

մոլեկուլները հավասարվում են, և սառը մարմնի մոլեկուլների արագությունը մեծանում է, իսկ տաք մարմնի մոլեկուլները նվազում են:

Ջերմափոխանակության ժամանակ էներգիայի մի ձևից մյուսը փոխարկվում է. տաք մարմնի ներքին էներգիայի մի մասը փոխանցվում է սառը մարմնին:

Ջերմության և ջերմային հզորության քանակը: VII դասի ֆիզիկայի դասընթացից հայտնի է, որ զանգված ունեցող մարմինը ջերմաստիճանից ջերմաստիճան տաքացնելու համար անհրաժեշտ է նրան տեղեկացնել ջերմության քանակի մասին։

Երբ մարմինը սառչում է, նրա վերջնական ջերմաստիճանը սկզբնականից ցածր է, և մարմնի կողմից արտանետվող ջերմության քանակը բացասական է:

(4.5) բանաձևում c գործակիցը կոչվում է հատուկ ջերմություն. Հատուկ ջերմային հզորությունը ջերմության քանակն է, որը ստանում կամ թողնում է 1 կգ նյութը, երբ նրա ջերմաստիճանը փոխվում է 1 Կ-ով:

Հատուկ ջերմային հզորությունը արտահայտվում է ջոուլներով մեկ կիլոգրամով, կելվին: Տարբեր մարմիններ պահանջում են անհավասար քանակությամբ էներգիա ջերմաստիճանը I K-ով բարձրացնելու համար: Այսպիսով, ջրի և պղնձի հատուկ ջերմային հզորությունը

Հատուկ ջերմային հզորությունը կախված է ոչ միայն նյութի հատկություններից, այլև այն գործընթացից, որով տեղի է ունենում ջերմափոխանակություն։Եթե տաքացնեք գազը մշտական ​​ճնշման տակ, այն կընդլայնվի և կաշխատի։ Մշտական ​​ճնշման տակ գազը 1 °C-ով տաքացնելու համար նրան անհրաժեշտ կլինի ավելի շատ ջերմություն փոխանցել, քան մշտական ​​ծավալով տաքացնելը:

հեղուկ և պինդ մարմիններմի փոքր ընդլայնվում է, երբ տաքացվում է, և դրանց հատուկ ջերմային հզորությունները հաստատուն ծավալի և մշտական ​​ճնշման դեպքում քիչ են տարբերվում:

Գոլորշացման հատուկ ջերմություն: Հեղուկը գոլորշու վերածելու համար պետք է որոշակի քանակությամբ ջերմություն փոխանցվի դրան։ Այս փոխակերպման ընթացքում հեղուկի ջերմաստիճանը չի փոխվում։ Հեղուկի գոլորշու վերածումը հաստատուն ջերմաստիճանում չի հանգեցնում մոլեկուլների կինետիկ էներգիայի ավելացման, այլ ուղեկցվում է դրանց պոտենցիալ էներգիայի ավելացմամբ։ Ի վերջո, գազի մոլեկուլների միջև միջին հեռավորությունը շատ անգամ ավելի մեծ է, քան հեղուկի մոլեկուլների միջև: Բացի այդ, ծավալի ավելացումը նյութի անցման ժամանակ հեղուկ վիճակգազային մեջ պահանջում է աշխատանք կատարել արտաքին ճնշման ուժերի դեմ:

Ջերմության քանակությունը, որն անհրաժեշտ է մշտական ​​ջերմաստիճանում 1 կգ հեղուկը գոլորշու վերածելու համար կոչվում է

գոլորշիացման հատուկ ջերմություն. Այս արժեքը նշվում է տառով և արտահայտվում է ջոուլներով մեկ կիլոգրամով:

Ջրի գոլորշիացման հատուկ ջերմությունը շատ բարձր է՝ 100°C ջերմաստիճանում։ Այլ հեղուկների համար (ալկոհոլ, եթեր, սնդիկ, կերոսին և այլն) գոլորշիացման հատուկ ջերմությունը 3-10 անգամ պակաս է։

Հեղուկ զանգվածը գոլորշու վերածելու համար պահանջվում է ջերմության քանակություն, որը հավասար է.

Երբ գոլորշին խտանում է, նույն քանակությամբ ջերմություն է թողարկվում.

Միաձուլման հատուկ ջերմություն:Երբ բյուրեղային մարմինը հալվում է, նրան մատակարարվող ողջ ջերմությունը գնում է մոլեկուլների պոտենցիալ էներգիան մեծացնելու համար: Մոլեկուլների կինետիկ էներգիան չի փոխվում, քանի որ հալումը տեղի է ունենում մշտական ​​ջերմաստիճանում:

A ջերմության այն քանակությունը, որն անհրաժեշտ է 1 կգ բյուրեղային նյութը հալման կետում նույն ջերմաստիճանի հեղուկի վերածելու համար կոչվում է միաձուլման հատուկ ջերմություն։

1 կգ նյութի բյուրեղացման ժամանակ արտազատվում է ճիշտ նույն քանակությամբ ջերմություն։ Սառույցի հալման հատուկ ջերմությունը բավականին բարձր է.

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

Մարմնի բյուրեղացման ընթացքում արձակված ջերմության քանակը հավասար է.

1. Ի՞նչ է կոչվում ջերմության քանակություն: 2. Ինչո՞վ է պայմանավորված նյութերի տեսակարար ջերմունակությունը: 3. Ի՞նչ է կոչվում գոլորշիացման հատուկ ջերմություն: 4. Ի՞նչ է կոչվում միաձուլման հատուկ ջերմություն: 5. Ո՞ր դեպքերում է փոխանցվող ջերմության քանակը բացասական:

Առանց աշխատանք կատարելու էներգիան մի մարմնից մյուսը փոխանցելու գործընթացը կոչվում է ջերմափոխանակությունկամ ջերմահաղորդում. Ջերմության փոխանցումը տեղի է ունենում մարմինների միջև, որոնք ունեն տարբեր ջերմաստիճան. Երբ շփում է հաստատվում տարբեր ջերմաստիճաններով մարմինների միջև, ներքին էներգիայի մի մասը ավելի բարձր ջերմաստիճան ունեցող մարմնից փոխանցվում է ավելի ցածր ջերմաստիճան ունեցող մարմին։ Ջերմափոխանակման արդյունքում մարմնին փոխանցվող էներգիան կոչվում է ջերմության քանակը.

Նյութի հատուկ ջերմային հզորությունը.

Եթե ​​ջերմափոխանակման գործընթացը չի ուղեկցվում աշխատանքով, ապա, ելնելով թերմոդինամիկայի առաջին օրենքից, ջերմության քանակը հավասար է մարմնի ներքին էներգիայի փոփոխությանը.

Մոլեկուլների պատահական թարգմանական շարժման միջին էներգիան համաչափ է բացարձակ ջերմաստիճանին։ Մարմնի ներքին էներգիայի փոփոխությունը հավասար է բոլոր ատոմների կամ մոլեկուլների էներգիայի փոփոխությունների հանրահաշվական գումարին, որոնց թիվը համաչափ է մարմնի զանգվածին, ուստի ներքին էներգիայի փոփոխությունը և հետևաբար. ջերմության քանակը համաչափ է զանգվածի և ջերմաստիճանի փոփոխությանը.

Այս հավասարման մեջ համաչափության գործակիցը կոչվում է նյութի հատուկ ջերմային հզորությունը. Հատուկ ջերմային հզորությունը ցույց է տալիս, թե որքան ջերմություն է անհրաժեշտ 1 կգ նյութի ջերմաստիճանը 1 Կ-ով բարձրացնելու համար։

Աշխատանք թերմոդինամիկայի ոլորտում.

Մեխանիկայի մեջ աշխատանքը սահմանվում է որպես ուժի և տեղաշարժի մոդուլների և նրանց միջև անկյան կոսինուսի արտադրյալ: Աշխատանքը կատարվում է, երբ ուժ է գործում շարժվող մարմնի վրա և հավասար է նրա կինետիկ էներգիայի փոփոխությանը։

Թերմոդինամիկայի մեջ մարմնի շարժումը որպես ամբողջություն հաշվի չի առնվում, խոսքը մակրոսկոպիկ մարմնի մասերի միմյանց նկատմամբ շարժման մասին է։ Արդյունքում մարմնի ծավալը փոխվում է, իսկ արագությունը մնում է զրոյի։ Աշխատանքը թերմոդինամիկայի մեջ սահմանվում է այնպես, ինչպես մեխանիկայում, բայց դա հավասար է ոչ թե մարմնի կինետիկ էներգիայի, այլ նրա ներքին էներգիայի փոփոխությանը։

Աշխատանքը կատարելիս (սեղմում կամ ընդլայնում), գազի ներքին էներգիան փոխվում է։ Սրա պատճառը հետևյալն է. շարժվող մխոցի հետ գազի մոլեկուլների առաձգական բախումների ժամանակ դրանց կինետիկ էներգիան փոխվում է։

Հաշվարկենք գազի աշխատանքը ընդարձակման ժամանակ։ Գազը մխոցի վրա գործում է ուժով
, որտեղ գազի ճնշումն է, և - մակերեսը մխոց. Երբ գազը ընդլայնվում է, մխոցը շարժվում է ուժի ուղղությամբ կարճ հեռավորության համար
. Եթե ​​հեռավորությունը փոքր է, ապա գազի ճնշումը կարելի է համարել հաստատուն։ Գազի աշխատանքը հետևյալն է.

Որտեղ
- գազի ծավալի փոփոխություն.

Գազի ընդլայնման գործընթացում այն ​​դրական աշխատանք է կատարում, քանի որ ուժի և տեղաշարժի ուղղությունը համընկնում է: Ընդարձակման գործընթացում գազը էներգիա է հաղորդում շրջակա մարմիններին։

Գազի վրա արտաքին մարմինների կատարած աշխատանքը գազի աշխատանքից տարբերվում է միայն նշանով
, քանի որ ուժը գազի վրա ազդելը հակառակ է ուժին , որի հետ գազը գործում է մխոցի վրա և հավասար է նրան բացարձակ արժեքով (Նյուտոնի երրորդ օրենք); իսկ շարժումը մնում է նույնը։ Այսպիսով, արտաքին ուժերի աշխատանքը հավասար է.

.

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը.

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը էներգիայի պահպանման օրենքն է, որը տարածվում է ջերմային երևույթների վրա։ Էներգիայի պահպանման օրենքը. էներգիան բնության մեջ չի առաջանում ոչնչից և չի անհետանում. էներգիայի քանակն անփոփոխ է, այն փոխվում է միայն մի ձևից մյուսը:

Թերմոդինամիկայի մեջ համարվում են մարմիններ, որոնց ծանրության կենտրոնի դիրքը գործնականում չի փոխվում։ Նման մարմինների մեխանիկական էներգիան մնում է հաստատուն, և միայն ներքին էներգիան կարող է փոխվել։

Ներքին էներգիան կարող է փոխվել երկու եղանակով՝ ջերմության փոխանցում և աշխատանք։ Ընդհանուր դեպքում ներքին էներգիան փոխվում է ինչպես ջերմափոխանակության, այնպես էլ աշխատանքի կատարման շնորհիվ։ Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը ձևակերպված է հենց այսպիսի ընդհանուր դեպքերի համար.

Համակարգի ներքին էներգիայի փոփոխությունը մի վիճակից մյուսին անցնելու ժամանակ հավասար է արտաքին ուժերի աշխատանքի և համակարգին փոխանցվող ջերմության քանակին.

Եթե ​​համակարգը մեկուսացված է, ապա դրա վրա ոչ մի աշխատանք չի կատարվում եւ այն ջերմություն չի փոխանակում շրջակա մարմինների հետ։ Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքի համաձայն Մեկուսացված համակարգի ներքին էներգիան մնում է անփոփոխ.

Հաշվի առնելով դա
, թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը կարելի է գրել հետևյալ կերպ.

Համակարգին փոխանցվող ջերմության քանակն ուղղվում է նրա ներքին էներգիան փոխելու և համակարգի կողմից արտաքին մարմինների վրա աշխատանք կատարելու համար.

Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը. անհնար է ջերմություն փոխանցել ավելի սառը համակարգից ավելի տաք համակարգին երկու համակարգերում կամ շրջակա մարմիններում այլ միաժամանակյա փոփոխությունների բացակայության դեպքում:

Ի՞նչն է ավելի արագ տաքանում վառարանի վրա՝ թեյնիկը, թե՞ դույլ ջուրը: Պատասխանն ակնհայտ է՝ թեյնիկ։ Հետո երկրորդ հարցն այն է, թե ինչու:

Պատասխանը պակաս ակնհայտ չէ, քանի որ թեյնիկում ջրի զանգվածն ավելի քիչ է։ Լավ: Այժմ դուք կարող եք իրական դարձնել ձեր սեփականը ֆիզիկական փորձտանը. Դա անելու համար ձեզ հարկավոր է երկու միանման փոքր կաթսա, հավասար քանակությամբ ջուր և բուսական յուղ, օրինակ՝ կես լիտր ու վառարան։ Նույն կրակի վրա լցնում ենք ձեթի և ջրի կաթսաները։ Իսկ հիմա ուղղակի տեսեք, թե ինչն է ավելի արագ տաքանալու։ Եթե ​​կա հեղուկների ջերմաչափ, կարող եք օգտագործել այն, եթե ոչ, պարզապես կարող եք ժամանակ առ ժամանակ մատով փորձել ջերմաստիճանը, միայն զգույշ եղեք, որ չվառվեք։ Ամեն դեպքում, շուտով կտեսնեք, որ նավթը զգալիորեն ավելի արագ է տաքանում, քան ջուրը։ Եվ ևս մեկ հարց, որը կարող է իրականացվել նաև փորձի տեսքով. Ինչն ավելի արագ կեռա - տաք ջուրթե ցուրտ Կրկին ամեն ինչ ակնհայտ է՝ ջերմն առաջինը կավարտի։ Ինչո՞ւ այս տարօրինակ հարցերն ու փորձերը: Սահմանելու համար ֆիզիկական քանակություն, որը կոչվում է «ջերմության քանակ»։

Ջերմության քանակությունը

Ջերմության քանակությունն այն էներգիան է, որը մարմինը կորցնում կամ ստանում է ջերմության փոխանցման ժամանակ: Սա պարզ է անունից. Սառչելիս մարմինը որոշակի քանակությամբ ջերմություն կկորցնի, իսկ տաքանալիս կներծծվի։ Եվ մեր հարցերի պատասխանները մեզ ցույց տվեցին ինչի՞ց է կախված ջերմության քանակը։Նախ, որքան մեծ է մարմնի զանգվածը, այնքան մեծ է ջերմության քանակությունը, որը պետք է ծախսվի նրա ջերմաստիճանը մեկ աստիճանով փոխելու համար: Երկրորդ՝ մարմինը տաքացնելու համար անհրաժեշտ ջերմության քանակը կախված է այն նյութից, որից այն կազմված է, այսինքն՝ նյութի տեսակից։ Եվ երրորդը, մեր հաշվարկների համար կարևոր է նաև մարմնի ջերմաստիճանի տարբերությունը ջերմափոխանակությունից առաջ և հետո։ Ելնելով վերը նշվածից՝ մենք կարող ենք որոշեք ջերմության քանակը բանաձևով.

որտեղ Q-ը ջերմության քանակն է,
մ - մարմնի քաշը,
(t_2-t_1) - տարբերությունը սկզբնական և վերջնական մարմնի ջերմաստիճանների միջև,
գ - նյութի տեսակարար ջերմային հզորությունը հայտնաբերվում է համապատասխան աղյուսակներից:

Օգտագործելով այս բանաձևը, դուք կարող եք հաշվարկել ջերմության այն քանակությունը, որն անհրաժեշտ է ցանկացած մարմին տաքացնելու համար, կամ որը այս մարմինը կթողնի, երբ սառչում է:

Ջերմության քանակը չափվում է ջոուլներով (1 Ջ), ինչպես էներգիայի ցանկացած այլ ձև։ Սակայն այս արժեքը ներդրվել է ոչ այնքան վաղուց, և մարդիկ սկսել են չափել ջերմության քանակը շատ ավելի վաղ։ Եվ նրանք օգտագործել են մի միավոր, որը լայնորեն կիրառվում է մեր ժամանակներում՝ կալորիա (1 կալ): 1 կալորիան ջերմության քանակն է, որն անհրաժեշտ է 1 գրամ ջրի ջերմաստիճանը 1 աստիճանով բարձրացնելու համար։ Ղեկավարվելով այս տվյալներով՝ իրենց ուտած սննդի մեջ կալորիաները հաշվելու սիրահարները կարող են, հանուն հետաքրքրության, հաշվարկել, թե քանի լիտր ջուր կարելի է եռացնել այն էներգիայով, որը նրանք սպառում են սննդի հետ օրվա ընթացքում։