Նյութի տեսակարար ջերմունակությունն է. Հատուկ ջերմային հզորություն. սահմանում, արժեքներ, օրինակներ

Ջուրն ամենազարմանալի նյութերից է։ Չնայած լայն կիրառությունև ամենուր օգտագործման մեջ, դա բնության իսկական առեղծված է: Լինելով թթվածնի միացություններից մեկը, թվում է, թե ջուրը պետք է ունենա շատ ցածր բնութագրեր, ինչպիսիք են սառչելը, գոլորշիացման ջերմությունը և այլն: Բայց դա տեղի չի ունենում: Միայն ջրի ջերմունակությունը, չնայած ամեն ինչին, չափազանց բարձր է։

Ջուրն ի վիճակի է կլանել հսկայական ջերմություն, մինչդեռ ինքն իրեն գործնականում չի տաքանում, սա նրա ֆիզիկական առանձնահատկությունն է: ջուրը մոտ հինգ անգամ գերազանցում է ավազի ջերմունակությունը, իսկ տասն անգամ ավելի բարձր է, քան երկաթը: Հետեւաբար, ջուրը բնական հովացուցիչ նյութ է: Նրա կուտակման ունակությունը մեծ թվովէներգիան թույլ է տալիս հարթել Երկրի մակերեսի ջերմաստիճանի տատանումները և կարգավորել ջերմային ռեժիմը ողջ մոլորակի վրա, և դա տեղի է ունենում անկախ տարվա եղանակից։

Սա եզակի սեփականությունջուրը թույլ է տալիս այն օգտագործել որպես սառնագենտ արդյունաբերության մեջ և առօրյա կյանքում: Բացի այդ, ջուրը լայնորեն մատչելի և համեմատաբար էժան հումք է:

Ի՞նչ է նշանակում ջերմային հզորություն: Ինչպես հայտնի է թերմոդինամիկայի ընթացքից, ջերմության փոխանցումը միշտ տեղի է ունենում տաք մարմնից սառը մարմնից: Որտեղ մենք խոսում ենքորոշակի քանակությամբ ջերմության անցման մասին, և երկու մարմինների ջերմաստիճանը, լինելով նրանց վիճակի հատկանիշը, ցույց է տալիս այս փոխանակման ուղղությունը։ Նույն սկզբնական ջերմաստիճաններում հավասար զանգված ունեցող ջրով մետաղական մարմնի գործընթացում մետաղը ջրի ջերմաստիճանից մի քանի անգամ ավելի է փոխում:

Եթե ​​որպես պոստուլատ վերցնենք թերմոդինամիկայի հիմնական պնդումը՝ երկու մարմիններից (մյուսներից մեկուսացված), ջերմափոխանակության ժամանակ մեկը արձակում է, իսկ մյուսը ստանում է հավասար քանակությամբ ջերմություն, ապա պարզ է դառնում, որ մետաղն ու ջուրը լրիվ տարբեր ջերմություն ունեն։ կարողությունները։

Այսպիսով, ջրի (ինչպես նաև ցանկացած նյութի) ջերմային հզորությունը ցուցիչ է, որը բնութագրում է տվյալ նյութի՝ մեկ միավորի ջերմաստիճանում սառեցման (ջեռուցման) ընթացքում որոշակի քանակություն տալու (կամ ստանալու) կարողությունը։

Նյութի տեսակարար ջերմային հզորությունը ջերմության քանակն է, որն անհրաժեշտ է այս նյութի միավորը (1 կիլոգրամ) 1 աստիճանով տաքացնելու համար։

Մարմնի կողմից արձակված կամ ներծծվող ջերմության քանակը հավասար է հատուկ ջերմային հզորության, զանգվածի և ջերմաստիճանի տարբերության արտադրյալին: Այն չափվում է կալորիաներով։ Մեկ կալորիան հենց այն ջերմության քանակն է, որը բավական է 1 գ ջուրը 1 աստիճանով տաքացնելու համար։ Համեմատության համար՝ օդի տեսակարար ջերմային հզորությունը 0,24 կկալ/գ ∙°C է, ալյումինը 0,22, երկաթը՝ 0,11, սնդիկը 0,03։

Ջրի ջերմային հզորությունը հաստատուն չէ։ Ջերմաստիճանի 0-ից 40 աստիճանի բարձրացման դեպքում այն ​​փոքր-ինչ նվազում է (1,0074-ից մինչև 0,9980), մինչդեռ մնացած բոլոր նյութերի համար այս հատկանիշը մեծանում է ջեռուցման ընթացքում: Բացի այդ, այն կարող է նվազել ճնշման աճով (խորության վրա):

Ինչպես գիտեք, ջուրն ունի ագրեգացման երեք վիճակ՝ հեղուկ, պինդ (սառույց) և գազային (գոլորշու)։ Միևնույն ժամանակ, սառույցի հատուկ ջերմային հզորությունը մոտավորապես 2 անգամ ցածր է ջրի համեմատ: Սա է ջրի և այլ նյութերի հիմնական տարբերությունը, որոնց տեսակարար ջերմային հզորությունը պինդ և հալած վիճակում չի փոխվում։ Ո՞րն է այստեղ գաղտնիքը:

Բանն այն է, որ սառույցը բյուրեղային կառուցվածք ունի, որը տաքացնելիս անմիջապես չի փլուզվում։ Ջուրը պարունակում է սառույցի փոքր մասնիկներ, որոնք բաղկացած են մի քանի մոլեկուլներից և կոչվում են ասոցիատներ։ Ջուրը տաքացնելիս մի մասը ծախսվում է այդ գոյացությունների ջրածնային կապերի ոչնչացման վրա։ Սա բացատրում է ջրի անսովոր բարձր ջերմային հզորությունը: Նրա մոլեկուլների միջև կապերն ամբողջությամբ ոչնչացվում են միայն այն ժամանակ, երբ ջուրն անցնում է գոլորշու մեջ։

100°C ջերմաստիճանի հատուկ ջերմային հզորությունը գրեթե չի տարբերվում 0°C ջերմաստիճանի սառույցից: Սա ևս մեկ անգամ հաստատում է այս բացատրության ճիշտությունը: Գոլորշու ջերմունակությունը, ինչպես սառույցի ջերմունակությունը, այժմ շատ ավելի լավ է հասկացվում, քան ջրինը, որի շուրջ գիտնականները դեռևս համաձայնության չեն եկել:

Յուրաքանչյուր դպրոցական ֆիզիկայի դասերին հանդիպում է այնպիսի հասկացության, ինչպիսին է «հատուկ ջերմային հզորությունը»: Շատ դեպքերում մարդիկ մոռանում են դպրոցի սահմանումը և հաճախ ընդհանրապես չեն հասկանում այս տերմինի իմաստը: Տեխնիկական բուհերում ուսանողների մեծ մասը վաղ թե ուշ հանդիպելու է հատուկ ջերմություն. Միգուցե, որպես ֆիզիկայի ուսումնասիրության մի մաս, կամ գուցե ինչ-որ մեկը կունենա այնպիսի կարգապահություն, ինչպիսին է «ջերմային ճարտարագիտությունը» կամ «տեխնիկական թերմոդինամիկան»: Այս դեպքում դուք պետք է հիշեք դպրոցական ծրագիր. Այսպիսով, ստորև ներկայացված է որոշ նյութերի սահմանումը, օրինակները, իմաստները:

Սահմանում

Հատուկ ջերմային հզորությունը ֆիզիկական մեծություն է, որը բնութագրում է, թե որքան ջերմություն պետք է մատակարարվի նյութի միավորին կամ հեռացվի նյութի միավորից, որպեսզի դրա ջերմաստիճանը փոխվի մեկ աստիճանով: Կարևոր է չեղարկել, որ դա նշանակություն չունի, աստիճաններ Celsius, Kelvin և Fahrenheit, գլխավորը մեկ միավորի ջերմաստիճանի փոփոխությունն է:

Հատուկ ջերմային հզորությունը ունի իր չափման միավորը՝ դյույմ միջազգային համակարգմիավորներ (SI) - Ջուլը բաժանված է կիլոգրամի և աստիճանի Քելվինի արտադրյալով, J / (կգ K); արտահամակարգային միավորը կալորիականության հարաբերակցությունն է կիլոգրամի և Ցելսիուսի աստիճանի արդյունքին, կալ/(կգ °C): Այս արժեքը ամենից հաճախ նշվում է c կամ C տառերով, երբեմն օգտագործվում են ինդեքսներ: Օրինակ, եթե ճնշումը հաստատուն է, ապա ցուցանիշը p է, իսկ եթե ծավալը հաստատուն է, ապա v.

Սահմանման տատանումներ

Քննարկվածի սահմանման մի քանի ձեւակերպումներ ֆիզիկական քանակություն. Բացի վերը նշվածից, ընդունելի է համարվում սահմանումը, որը նշում է, որ հատուկ ջերմային հզորությունը նյութի ջերմային հզորության արժեքի հարաբերակցությունն է նրա զանգվածին: Այս դեպքում պետք է հստակ հասկանալ, թե ինչ է իրենից ներկայացնում «ջերմային հզորությունը»։ Այսպիսով, ջերմային հզորությունը կոչվում է ֆիզիկական մեծություն, որը ցույց է տալիս, թե որքան ջերմություն պետք է հասցնել մարմնին (նյութին) կամ հեռացնել, որպեսզի նրա ջերմաստիճանի արժեքը մեկով փոխվի։ Կիլոգրամից ավելի նյութի զանգվածի տեսակարար ջերմունակությունը որոշվում է այնպես, ինչպես մեկ արժեքի դեպքում:

Տարբեր նյութերի որոշ օրինակներ և իմաստներ

Փորձնականորեն պարզվել է, որ համար տարբեր նյութերայս իմաստը տարբեր է. Օրինակ՝ ջրի տեսակարար ջերմային հզորությունը 4,187 կՋ/(կգ Կ) է։ Մեծ մասը մեծ նշանակությունՋրածնի համար այս ֆիզիկական քանակությունը կազմում է 14,300 կՋ / (կգ Կ), ոսկու համար ամենափոքրը՝ 0,129 կՋ/ (կգ Կ): Եթե ​​Ձեզ անհրաժեշտ է որոշակի նյութի արժեք, ապա դուք պետք է վերցնեք տեղեկագիրք և գտնեք համապատասխան աղյուսակները, իսկ դրանցում՝ ձեզ հետաքրքրող արժեքները: Այնուամենայնիվ ժամանակակից տեխնոլոգիաներթույլ է տալիս ժամանակ առ ժամանակ արագացնել որոնման գործընթացը. բավական է ցանկացած հեռախոսի վրա, որն ունի հնարավորություն մուտք գործել Համաշխարհային ցանց, մուտքագրել հետաքրքրող հարցը որոնման տողում, սկսել որոնումը և արդյունքների հիման վրա փնտրել պատասխանը: . Շատ դեպքերում անհրաժեշտ է սեղմել առաջին հղման վրա: Այնուամենայնիվ, երբեմն ընդհանրապես կարիք չկա որևէ այլ տեղ գնալ Կարճ նկարագրությունտեղեկատվությունը ցույց է տալիս հարցի պատասխանը.

Ամենատարածված նյութերը, որոնց համար նրանք փնտրում են ջերմային հզորություն, ներառյալ հատուկ ջերմությունը, հետևյալն են.

• օդ (չոր) - 1,005 կՋ / (կգ K),
• ալյումին - 0,930 կՋ / (կգ K),
• պղինձ - 0,385 կՋ / (կգ Կ),
• էթանոլ - 2,460 կՋ / (կգ Կ),
• երկաթ - 0,444 կՋ / (կգ K),
• սնդիկ - 0,139 կՋ / (կգ K),
• թթվածին - 0,920 կՋ / (կգ K),
• փայտ - 1700 կՋ/(կգ Կ),
• ավազ - 0,835 կՋ/(կգ Կ):

Ջերմային հզորությունը ջեռուցման ընթացքում որոշակի քանակությամբ ջերմություն կլանելու կամ սառչելիս այն հեռացնելու ունակությունն է: Մարմնի ջերմունակությունը մարմնի ստացած անսահման փոքր քանակության ջերմության հարաբերակցությունն է իր ջերմաստիճանի ցուցիչների համապատասխան աճին։ Արժեքը չափվում է J/K-ով: Գործնականում օգտագործվում է մի փոքր այլ արժեք՝ հատուկ ջերմային հզորություն:

Սահմանում

Ի՞նչ է նշանակում հատուկ ջերմային հզորություն: Սա մի քանակություն է, որը կապված է նյութի մեկ քանակի հետ: Համապատասխանաբար, նյութի քանակությունը կարելի է չափել խորանարդ մետրով, կիլոգրամով կամ նույնիսկ մոլերով։ Ինչի՞ց է դա կախված։ Ֆիզիկայի մեջ ջերմային հզորությունը ուղղակիորեն կախված է նրանից, թե որ քանակական միավորին է վերաբերում, ինչը նշանակում է, որ նրանք տարբերում են մոլային, զանգվածային և ծավալային ջերմունակությունը։ Շինարարության ոլորտում դուք չեք հանդիպի մոլի չափումների, այլ ուրիշների հետ՝ անընդհատ:

Ի՞նչն է ազդում հատուկ ջերմային հզորության վրա:

Դուք գիտեք, թե ինչ է ջերմային հզորությունը, բայց թե ինչ արժեքներ են ազդում ցուցանիշի վրա, դեռ պարզ չէ: Հատուկ ջերմության արժեքի վրա ուղղակիորեն ազդում են մի քանի բաղադրիչներ՝ նյութի ջերմաստիճանը, ճնշումը և այլ թերմոդինամիկական բնութագրերը:

Քանի որ արտադրանքի ջերմաստիճանը բարձրանում է, նրա հատուկ ջերմային հզորությունը մեծանում է, սակայն որոշ նյութեր այս կախվածության մեջ տարբերվում են ամբողջովին ոչ գծային կորով: Օրինակ, ջերմաստիճանի ցուցանիշների զրոյից մինչև երեսունյոթ աստիճանի բարձրացումով, ջրի հատուկ ջերմային հզորությունը սկսում է նվազել, և եթե սահմանը գտնվում է երեսունյոթից մինչև հարյուր աստիճանի միջև, ապա ցուցանիշը, ընդհակառակը, կլինի. աճ.

Հարկ է նշել, որ պարամետրը կախված է նաև նրանից, թե ինչպես են թույլատրվում փոխել արտադրանքի թերմոդինամիկական բնութագրերը (ճնշում, ծավալ և այլն): Օրինակ, կոնկրետ ջերմությունը կայուն ճնշման և կայուն ծավալի դեպքում տարբեր կլինի:

Ինչպե՞ս հաշվարկել պարամետրը:

Ձեզ հետաքրքրում է, թե որքան է ջերմային հզորությունը: Հաշվարկի բանաձևը հետևյալն է. C \u003d Q / (m ΔT): Որո՞նք են այս արժեքները: Q-ն այն ջերմության քանակն է, որը ստանում է արտադրանքը տաքանալիս (կամ թողարկվում է արտադրանքի կողմից սառեցման ժամանակ): m-ը արտադրանքի զանգվածն է, իսկ ΔT-ն արտադրանքի վերջնական և սկզբնական ջերմաստիճանների տարբերությունն է։ Ստորև բերված է որոշ նյութերի ջերմային հզորության աղյուսակ:

Ի՞նչ կարելի է ասել ջերմային հզորության հաշվարկի մասին:

Ջերմային հզորության հաշվարկը հեշտ գործ չէ, հատկապես, եթե օգտագործվում են միայն թերմոդինամիկական մեթոդներ, ավելի ճշգրիտ հնարավոր չէ դա անել։ Ուստի ֆիզիկոսներն օգտագործում են վիճակագրական ֆիզիկայի կամ արտադրանքի միկրոկառուցվածքի իմացության մեթոդները։ Ինչպե՞ս հաշվարկել գազի համար: Գազի ջերմային հզորությունը հաշվարկվում է նյութում առանձին մոլեկուլների ջերմային շարժման միջին էներգիայի հաշվարկից։ Մոլեկուլների շարժումները կարող են լինել թարգմանական և պտտվող տիպի, իսկ մոլեկուլի ներսում կարող է լինել ամբողջ ատոմ կամ ատոմների թրթռում։ Դասական վիճակագրությունը ասում է, որ պտտվող և թարգմանական շարժումների ազատության յուրաքանչյուր աստիճանի համար կա մոլային արժեք, որը հավասար է R/2-ի, իսկ ազատության յուրաքանչյուր թրթռումային աստիճանի համար արժեքը հավասար է R-ին: Այս կանոնը կոչվում է նաև հավասարեցման օրենք.

Այս դեպքում միատոմ գազի մասնիկը տարբերվում է ազատության միայն երեք փոխակերպման աստիճանով, և հետևաբար նրա ջերմային հզորությունը պետք է հավասար լինի 3R/2-ի, ինչը հիանալի կերպով համապատասխանում է փորձին։ Դիատոմային գազի յուրաքանչյուր մոլեկուլ ունի ազատության երեք, երկու պտտվող և մեկ թրթռման աստիճան, ինչը նշանակում է, որ հավասարաչափության օրենքը կլինի 7R/2, և փորձը ցույց է տվել, որ երկատոմ գազի մոլի ջերմունակությունը սովորական ջերմաստիճանում 5R/ է։ 2. Ինչո՞ւ տեսականորեն նման անհամապատասխանություն եղավ։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ ջերմային հզորությունը սահմանելիս անհրաժեշտ կլինի հաշվի առնել տարբեր քվանտային էֆեկտներայլ կերպ ասած՝ օգտագործել քվանտային վիճակագրություն։ Ինչպես տեսնում եք, ջերմային հզորությունը բավականին բարդ հասկացություն է:

Քվանտային մեխանիկան ասում է, որ մասնիկների ցանկացած համակարգ, որը տատանվում կամ պտտվում է, ներառյալ գազի մոլեկուլը, կարող է ունենալ որոշակի դիսկրետ էներգիայի արժեքներ: Եթե ​​ջերմային շարժման էներգիան ներս է տեղադրված համակարգանբավարար է պահանջվող հաճախականության տատանումները գրգռելու համար, ապա այդ տատանումները չեն նպաստում համակարգի ջերմային հզորությանը:

AT պինդ նյութերՕ՜ ջերմային շարժումատոմները թույլ տատանումներ են որոշակի հավասարակշռության դիրքերի մոտ, դա վերաբերում է բյուրեղային ցանցի հանգույցներին: Ատոմն ունի ազատության երեք թրթռումային աստիճան և, ըստ օրենքի, պինդ մարմնի մոլային ջերմունակությունը հավասար է. 3nR, որտեղ n-ը մոլեկուլում առկա ատոմների թիվն է: Գործնականում այս արժեքն այն սահմանն է, որին ձգտում է մարմնի ջերմային հզորությունը բարձր ջերմաստիճաններում: Արժեքը ձեռք է բերվում բազմաթիվ տարրերի նորմալ ջերմաստիճանի փոփոխություններով, դա վերաբերում է մետաղներին, ինչպես նաև պարզ միացություններին: Որոշվում է նաև կապարի և այլ նյութերի ջերմունակությունը։

Ի՞նչ կարելի է ասել ցածր ջերմաստիճանի մասին:

Մենք արդեն գիտենք, թե ինչ է ջերմունակությունը, բայց եթե խոսենք ցածր ջերմաստիճաններ, ապա ինչպե՞ս է հաշվարկվելու արժեքը։ Եթե ​​մենք խոսում ենք ցածր ջերմաստիճանի ցուցիչների մասին, ապա պինդ մարմնի ջերմային հզորությունը պարզվում է, որ համաչափ է Տ 3 կամ այսպես կոչված ջերմային հզորության Դեբիի օրենքը: Տարբերակման հիմնական չափանիշը բարձր կատարողականջերմաստիճանը ցածրից, է սովորական համեմատությունդրանք որոշակի նյութին բնորոշ պարամետրով - սա կարող է լինել բնորոշ կամ Դեբայ ջերմաստիճան q D: Ներկայացված արժեքը սահմանվում է արտադրանքի ատոմների թրթռման սպեկտրով և զգալիորեն կախված է բյուրեղային կառուցվածքից:

Մետաղներում հաղորդիչ էլեկտրոնները որոշակի ներդրում ունեն ջերմային հզորության մեջ։ Ջերմային հզորության այս մասը հաշվարկվում է Fermi-Dirac վիճակագրության միջոցով, որը հաշվի է առնում էլեկտրոնները: Մետաղի էլեկտրոնային ջերմային հզորությունը, որը համաչափ է սովորական ջերմային հզորությանը, համեմատաբար փոքր արժեք է, և այն նպաստում է մետաղի ջերմունակությանը միայն բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճանում: Այնուհետև ցանցի ջերմային հզորությունը դառնում է շատ փոքր և կարող է անտեսվել:

Զանգվածային ջերմային հզորություն

Զանգվածային հատուկ ջերմային հզորությունը ջերմության այն քանակությունն է, որը պահանջվում է հասցնել նյութի միավորի զանգվածին՝ արտադրանքը մեկ միավորի ջերմաստիճանում տաքացնելու համար: Այս արժեքը նշվում է C տառով և այն չափվում է ջոուլներով, որը բաժանվում է մեկ կիլոգրամով մեկ կելվինի վրա - J / (kg K): Սա այն ամենն է, ինչ վերաբերում է զանգվածի ջերմունակությանը։

Ի՞նչ է ծավալային ջերմային հզորությունը:

Ծավալային ջերմային հզորությունը ջերմության որոշակի քանակություն է, որը պետք է հասցնել արտադրության միավորի ծավալի՝ մեկ միավորի ջերմաստիճանում այն ​​տաքացնելու համար: Այն չափվում է ջոուլներով՝ բաժանելով խորանարդ մետրմեկ կելվինի կամ J / (m³ K): Շատ շենքերի տեղեկատու գրքերում հաշվի է առնվում աշխատանքի զանգվածային հատուկ ջերմային հզորությունը:

Ջերմային հզորությունների գործնական կիրառումը շինարարության ոլորտում

Ջերմակայուն պատերի կառուցման մեջ ակտիվորեն օգտագործվում են շատ ջերմային նյութեր: Սա չափազանց կարևոր է տների համար, որոնք բնութագրվում են պարբերական ջեռուցմամբ: Օրինակ, վառարան: Ջերմային ինտենսիվ արտադրանքները և դրանցից կառուցված պատերը հիանալի կուտակում են ջերմությունը, այն պահպանում ջեռուցման ժամանակաշրջաններում և աստիճանաբար ջերմություն են թողնում համակարգի անջատումից հետո՝ այդպիսով թույլ տալով պահպանել ընդունելի ջերմաստիճան ողջ օրվա ընթացքում:

Այսպիսով, որքան շատ ջերմություն պահպանվի կառուցվածքում, այնքան ավելի հարմարավետ և կայուն կլինի սենյակների ջերմաստիճանը։

Պետք է նշել, որ բնակարանաշինության մեջ օգտագործվող սովորական աղյուսը և բետոնն ունեն զգալիորեն ցածր ջերմային հզորություն, քան ընդլայնված պոլիստիրոլը: Եթե ​​վերցնենք ecowool, ապա այն երեք անգամ ավելի ջերմ սպառող է, քան բետոնը։ Հարկ է նշել, որ ջերմային հզորության հաշվարկման բանաձեւում իզուր չէ, որ կա զանգված։ Բետոնի կամ աղյուսի մեծ զանգվածի շնորհիվ, ecowool-ի համեմատությամբ, այն թույլ է տալիս հսկայական քանակությամբ ջերմություն կուտակել կառույցների քարե պատերում և հարթեցնել ջերմաստիճանի ամենօրյա բոլոր տատանումները: Ընդամենը մեկուսացման փոքր զանգված շրջանակային տներ, չնայած լավ ջերմային հզորությանը, բոլորի համար ամենաթույլ գոտին է շրջանակային տեխնոլոգիաներ. Լուծել այս խնդիրը, բոլոր տներում տեղադրված են տպավորիչ ջերմային կուտակիչներ։ Ինչ է դա? Սրանք կառուցվածքային մասեր են, որոնք բնութագրվում են բավականին լավ ջերմային հզորության ինդեքսով մեծ զանգվածով:

Ջերմային կուտակիչների օրինակներ կյանքում

Ինչ կարող է դա լինել: Օրինակ, որոշ ներքին աղյուսե պատեր, մեծ վառարան կամ բուխարի, բետոնե սալիկներ։

Ցանկացած տան կամ բնակարանի կահույքը հիանալի ջերմային կուտակիչ է, քանի որ նրբատախտակը, տախտակը և փայտը կարող են իրականում ջերմություն պահել միայն մեկ կիլոգրամ քաշի համար երեք անգամ ավելի, քան տխրահռչակ աղյուսը:

Ջերմային պահեստավորման հետ կապված թերություններ կա՞ն: Իհարկե, այս մոտեցման հիմնական թերությունն այն է, որ ջերմային կուտակիչը պետք է նախագծվի դասավորության ստեղծման փուլում: շրջանակային տուն. Այս ամենը պայմանավորված է նրանով, որ այն շատ ծանր է, և սա պետք է հաշվի առնել հիմքը ստեղծելիս, և այնուհետև պատկերացնել, թե ինչպես է այս օբյեկտը ինտեգրվելու ինտերիերին: Արժե ասել, որ անհրաժեշտ է հաշվի առնել ոչ միայն զանգվածը, աշխատանքի մեջ անհրաժեշտ կլինի գնահատել երկու բնութագրերը՝ զանգվածային և ջերմային հզորությունը: Օրինակ, եթե դուք օգտագործում եք անհավատալի քսան տոննա քաշով ոսկի մեկ խորանարդ մետրի համար որպես ջերմային պահեստ, ապա արտադրանքը կգործի այնպես, ինչպես պետք է միայն քսաներեք տոկոսով ավելի լավ, քան բետոնե խորանարդը, որը կշռում է երկուսուկես տոննա:

Ո՞ր նյութն է առավել հարմար ջերմության պահպանման համար:

լավագույն արտադրանքըջերմային կուտակիչի համար ամենևին էլ բետոն և աղյուս չէ: Պղինձը, բրոնզը և երկաթը լավ են աշխատում, բայց դրանք շատ ծանր են: Տարօրինակ է, բայց լավագույն ջերմային կուտակիչը ջուրն է: Հեղուկն ունի տպավորիչ ջերմային հզորություն, ամենամեծը մեզ հասանելի նյութերից: Միայն հելիումի գազերը (5190 J / (kg K) և ջրածինը (14300 J / (kg K)) ունեն ավելի շատ ջերմունակություն, բայց դրանք գործնականում կիրառելու համար խնդրահարույց են: Ցանկության և անհրաժեշտության դեպքում տես նյութերի ջերմունակության աղյուսակը: քեզ պետք է.

Այժմ ներկայացնենք մի շատ կարևոր թերմոդինամիկական բնութագրիչ, որը կոչվում է ջերմային հզորություն համակարգեր(ավանդաբար նշվում է տառով Հետտարբեր ցուցանիշներով):

Ջերմային հզորություն - արժեք հավելում, դա կախված է համակարգում առկա նյութի քանակից։ Ուստի ներկայացնում ենք նաև հատուկ ջերմություն

Հատուկ ջերմություննյութի մեկ միավոր զանգվածի ջերմունակությունն է

և մոլային ջերմային հզորություն

Մոլային ջերմային հզորություննյութի մեկ մոլի ջերմունակությունն է

Քանի որ ջերմության քանակությունը պետական ​​ֆունկցիա չէ և կախված է գործընթացից, ջերմային հզորությունը կախված կլինի նաև համակարգին ջերմության մատակարարման եղանակից: Սա հասկանալու համար հիշենք թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը։ Հավասարության բաժանում ( 2.4) բացարձակ ջերմաստիճանի տարրական աճով dT,մենք ստանում ենք հարաբերակցությունը

Երկրորդ տերմինը, ինչպես տեսանք, կախված է գործընթացի տեսակից: Մենք նշում ենք, որ ոչ իդեալական համակարգի ընդհանուր դեպքում, որի մասնիկների (մոլեկուլներ, ատոմներ, իոններ և այլն) փոխազդեցությունը չի կարելի անտեսել (տե՛ս, օրինակ, ստորև § 2.5, որտեղ դիտարկվում է վան դեր Վալսի գազը): , ներքին էներգիան կախված է ոչ միայն ջերմաստիճանից, այլև համակարգի ծավալից։ Սա բացատրվում է նրանով, որ փոխազդեցության էներգիան կախված է փոխազդող մասնիկների միջև եղած հեռավորությունից։ Երբ համակարգի ծավալը փոխվում է, մասնիկների կոնցենտրացիան փոխվում է, համապատասխանաբար, փոխվում է նրանց միջև միջին հեռավորությունը և արդյունքում փոխվում է փոխազդեցության էներգիան և համակարգի ամբողջ ներքին էներգիան։ Այսինքն՝ ոչ իդեալական համակարգի ընդհանուր դեպքում

Հետևաբար, ընդհանուր դեպքում առաջին տերմինը չի կարող գրվել որպես ընդհանուր ածանցյալ, ընդհանուր ածանցյալը պետք է փոխարինվի մասնակի ածանցյալով` հաստատուն արժեքի լրացուցիչ նշումով, որով այն հաշվարկվում է: Օրինակ, իզոխորիկ գործընթացի համար.

.

Կամ isobaric գործընթացի համար

Այս արտահայտության մեջ ներառված մասնակի ածանցյալը հաշվարկվում է՝ օգտագործելով համակարգի վիճակի հավասարումը, որը գրված է որպես . Օրինակ, կոնկրետ դեպքում իդեալական գազի

այս ածանցյալն է

.

Մենք կքննարկենք ջերմամատակարարման գործընթացին համապատասխան երկու հատուկ դեպք.

• մշտական ​​ծավալ;
• մշտական ​​ճնշում համակարգում.

Առաջին դեպքում աշխատեք dА = 0և մենք ստանում ենք ջերմային հզորություն CVիդեալական գազ մշտական ​​ծավալով.

Հաշվի առնելով վերը նշված վերապահումը, ոչ իդեալական համակարգի առնչության համար (2.19) պետք է գրվի հետևյալ ձևով. ընդհանուր տեսարան

Փոխարինվում է 2.7վրա , և on , մենք անմիջապես ստանում ենք.

.

Իդեալական գազի ջերմային հզորությունը հաշվարկելու համար հետ pմշտական ​​ճնշման տակ ( dp=0) հաշվի ենք առնում, որ հավասարումից ( 2.8) հետևում է տարրական աշխատանքի արտահայտությանը ջերմաստիճանի անվերջ փոքր փոփոխությամբ

Մենք ստանում ենք վերջում

Այս հավասարումը բաժանելով համակարգում առկա նյութի մոլերի թվի վրա՝ մենք ստանում ենք նմանատիպ հարաբերություն հաստատուն ծավալի և ճնշման դեպքում մոլային ջերմային հզորությունների համար, որը կոչվում է. Մայերի հարաբերակցությունը

Հղման համար ընդհանուր բանաձեւ- կամայական համակարգի համար՝ միացնող իզոխորիկ և իզոբարային ջերմային հզորությունները.

(2.20) և (2.21) արտահայտությունները ստացվում են այս բանաձևից՝ դրա մեջ փոխարինելով արտահայտությունը. ներքին էներգիաիդեալական գազ և օգտագործելով իր վիճակի հավասարումը (տես վերևում).

.

Նյութի տվյալ զանգվածի ջերմային հզորությունը մշտական ​​ճնշման դեպքում ավելի մեծ է, քան մշտական ​​ծավալի ջերմունակությունը, քանի որ մուտքային էներգիայի մի մասը ծախսվում է աշխատանքի վրա, և նույն ջեռուցման համար ավելի շատ ջերմություն է պահանջվում: Նշենք, որ (2.21)-ից հետևում է ֆիզիկական իմաստգազի հաստատուն.

Այսպիսով, պարզվում է, որ ջերմային հզորությունը կախված է ոչ միայն նյութի տեսակից, այլև այն պայմաններից, որոնցում տեղի է ունենում ջերմաստիճանի փոփոխության գործընթացը:

Ինչպես տեսնում ենք, իդեալական գազի իզոխորիկ և իզոբարային ջերմային հզորությունները կախված չեն գազի ջերմաստիճանից, իսկ իրական նյութերի համար այդ ջերմային հզորությունները, ընդհանուր առմամբ, կախված են նաև հենց ջերմաստիճանից: Տ.

Իդեալական գազի իզոխորիկ և իզոբարային ջերմային հզորությունները կարելի է նաև ուղղակիորեն ստանալ ընդհանուր սահմանումից, եթե օգտագործենք վերը ստացված բանաձևերը ( 2.7) և (2.10) այս գործընթացներում իդեալական գազի ստացած ջերմության քանակի համար։

Իզոխորիկ գործընթացի համար արտահայտությունը համար CVհետևում է ( 2.7):

Իզոբարային գործընթացի համար արտահայտությունը համար C pհետևում է (2.10):

Համար մոլային ջերմային հզորություններուստի ստացվում են հետևյալ արտահայտությունները

Ջերմային հզորությունների հարաբերակցությունը հավասար է ադիաբատիկ ինդեքսին.

Թերմոդինամիկական մակարդակում թվային արժեքը հնարավոր չէ կանխատեսել է; մեզ հաջողվեց դա անել միայն համակարգի մանրադիտակային հատկությունները դիտարկելիս (տես արտահայտությունը (1.19 ), ինչպես նաև ( 1.28) գազերի խառնուրդի համար): Բանաձևերից (1.19) և (2.24) հետևում են տեսական կանխատեսումներ գազերի մոլային ջերմային հզորությունների և ադիաբատիկ ցուցիչի համար:

Միատոմ գազեր (i = 3):

Դիատոմային գազեր (i = 5):

Բազմաատոմային գազեր (i = 6):

Փորձարարական տվյալներ համար տարբեր նյութերներկայացված են աղյուսակ 1-ում:

Աղյուսակ 1

Նյութ			է

Պարզ է, որ պարզ մոդել իդեալական գազերընդհանուր առմամբ բավականին լավ է նկարագրում իրական գազերի հատկությունները։ Նշենք, որ համաձայնությունը ձեռք է բերվել առանց հաշվի առնելու գազի մոլեկուլների ազատության վիբրացիոն աստիճանները։

Մենք նաև տվել ենք որոշ մետաղների մոլային ջերմային հզորության արժեքները սենյակային ջերմաստիճան. Եթե ​​պատկերացրեք բյուրեղյա վանդակմետաղը որպես պինդ գնդիկների պատվիրված հավաքածու, որոնք զսպանակներով միացված են հարևան գնդերին, այնուհետև յուրաքանչյուր մասնիկ կարող է տատանվել միայն երեք ուղղությամբ ( ես հաշվում եմ = 3), և ազատության յուրաքանչյուր այդպիսի աստիճան կապված է կինետիկի հետ k V T/2և նույն պոտենցիալ էներգիան: Հետևաբար բյուրեղային մասնիկը ունի ներքին (տատանողական) էներգիա կ Վ Տ.Ավոգադրոյի թվով բազմապատկելով՝ ստանում ենք մեկ մոլի ներքին էներգիա

որտեղից է գալիս մոլային ջերմային հզորության արժեքը

(Պինդ մարմինների ջերմային ընդարձակման փոքր գործակցի պատճառով նրանք չեն տարբերվում հետ pև CV): Պինդ մարմինների մոլային ջերմունակության վերը նշված կապը կոչվում է Դուլոնի և Պետիի օրենքը,և աղյուսակը ցույց է տալիս հաշվարկված արժեքի լավ համընկնում

փորձի հետ։

Խոսելով վերը նշված գործակիցների և փորձարարական տվյալների լավ համաձայնության մասին, պետք է նշել, որ այն նկատվում է միայն որոշակի ջերմաստիճանի տիրույթում։ Այլ կերպ ասած, համակարգի ջերմային հզորությունը կախված է ջերմաստիճանից, և բանաձևերը (2.24) ունեն սահմանափակ շրջանակ: Դիտարկենք առաջին Նկ. 2.10, որը ցույց է տալիս ջերմային հզորության փորձարարական կախվածությունը հեռուստացույցովջրածին գազ բացարձակ ջերմաստիճանից Տ.

Բրինձ. 2.10. Н2 գազային ջրածնի մոլային ջերմային հզորությունը մշտական ​​ծավալով` որպես ջերմաստիճանի ֆունկցիա (փորձարարական տվյալներ)

Ստորև, հակիրճ լինելու համար, մենք խոսում ենք որոշակի ջերմաստիճանի տիրույթներում մոլեկուլների ազատության որոշակի աստիճանի բացակայության մասին: Եվս մեկ անգամ հիշեցնում ենք, որ իրականում խոսքը հետևյալի մասին է. Քվանտային պատճառներով՝ հարաբերական ներդրումը գազի ներքին էներգիայի մեջ որոշակի տեսակներշարժումը իսկապես կախված է ջերմաստիճանից և որոշակի ջերմաստիճանի ընդմիջումներում կարող է այնքան փոքր լինել, որ փորձի մեջ, որը միշտ կատարվում է վերջավոր ճշգրտությամբ, այն անտեսանելի է: Փորձի արդյունքը թվում է, թե այս տեսակի շարժումները գոյություն չունեն, և չկան համապատասխան ազատության աստիճաններ: Ազատության աստիճանների թիվը և բնույթը որոշվում են մոլեկուլի կառուցվածքով և մեր տարածության եռաչափությամբ. դրանք չեն կարող կախված լինել ջերմաստիճանից:

Ներքին էներգիայի ներդրումը կախված է ջերմաստիճանից և կարող է փոքր լինել:

Ցածր ջերմաստիճաններում 100 Կջերմային հզորություն

ինչը ցույց է տալիս մոլեկուլում ազատության ինչպես պտտվող, այնպես էլ թրթռային աստիճանների բացակայությունը։ Ավելին, ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ջերմային հզորությունը արագորեն աճում է մինչև դասական արժեքը

բնորոշ է երկատոմիական մոլեկուլկոշտ կապով, որի մեջ չկան ազատության թրթռումային աստիճաններ։ Վերը նշված ջերմաստիճանում 2000 թվական Կջերմային հզորությունը բացահայտում է արժեքի նոր թռիչք

Այս արդյունքը ցույց է տալիս նաև ազատության թրթռումային աստիճանների տեսքը։ Բայց այս ամենը դեռ անբացատրելի է թվում։ Ինչու՞ մոլեկուլը չի ​​կարող պտտվել ցածր ջերմաստիճանում: Իսկ ինչո՞ւ են մոլեկուլում թրթռումները տեղի ունենում միայն շատ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում: Նախորդ գլխում տրվեց այս վարքագծի քվանտային պատճառների համառոտ որակական քննարկում: Եվ հիմա մենք կարող ենք միայն կրկնել, որ ամբողջը վերաբերում է հատուկ քվանտային երևույթներին, որոնք հնարավոր չէ բացատրել դասական ֆիզիկայի տեսանկյունից: Այս երևույթները մանրամասն քննարկվում են դասընթացի հաջորդ բաժիններում:

լրացուցիչ տեղեկություն

http://www.plib.ru/library/book/14222.html - Յավորսկի Բ.Մ., Դետլաֆ Ա.Ա. Ֆիզիկայի ձեռնարկ, գիտություն, 1977 - էջ 236 - որոշ հատուկ գազերի համար մոլեկուլների ազատության թրթռման և պտտման աստիճանների բնորոշ «միացման» ջերմաստիճանների աղյուսակ;

Այժմ անդրադառնանք թուզին։ 2.11, որը ներկայացնում է երեքի մոլային ջերմային հզորությունների կախվածությունը քիմիական տարրեր(բյուրեղներ) ջերմաստիճանի վրա: Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում բոլոր երեք կորերը հակված են նույն արժեքին

Համապատասխան Դուլոնգի և Փիթի օրենքներին։ Կապարը (Pb) և երկաթը (Fe) գործնականում ունեն այս սահմանափակող ջերմային հզորությունը արդեն սենյակային ջերմաստիճանում:

Բրինձ. 2.11. Երեք քիմիական տարրերի՝ կապարի, երկաթի և ածխածնի (ադամանդի) բյուրեղների մոլային ջերմային հզորության կախվածությունը ջերմաստիճանից

Ադամանդի համար (C) այս ջերմաստիճանը դեռ բավականաչափ բարձր չէ: Իսկ ցածր ջերմաստիճանի դեպքում բոլոր երեք կորերը ցույց են տալիս զգալի շեղում Դուլոնգի և Փիթի օրենքից: Սա նյութի քվանտային հատկությունների հերթական դրսեւորումն է։ Պարզվում է, որ դասական ֆիզիկան անզոր է բացատրել ցածր ջերմաստիճաններում նկատվող բազմաթիվ օրինաչափություններ։

լրացուցիչ տեղեկություն

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm - J. de Boer Ներածություն մոլեկուլային ֆիզիկայի և թերմոդինամիկայի, Էդ. IL, 1962 - էջ 106–107, մաս I, § 12 - էլեկտրոնների ներդրումը մետաղների ջերմային հզորության մեջ բացարձակ զրոյին մոտ ջերմաստիճաններում;

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Պերելման Յա.Ի. Գիտե՞ք ֆիզիկա։ Գրադարան «Քվանտ», թիվ 82, Գիտություն, 1992 թ. Էջ 132, հարց 137. ո՞ր մարմիններն ունեն ամենաբարձր ջերմունակությունը (տե՛ս պատասխանը էջ 151);

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Պերելման Յա.Ի. Գիտե՞ք ֆիզիկա։ Գրադարան «Քվանտ», թիվ 82, Գիտություն, 1992 թ. Էջ 132, հարց 135. ջուրը երեք վիճակում տաքացնելու մասին՝ պինդ, հեղուկ և գոլորշի (տե՛ս էջ 151-ի պատասխանը);

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1478.html - ֆիզիկական հանրագիտարան: Կալորաչափություն. Նկարագրված են ջերմային հզորությունների չափման մեթոդները:

Այսօրվա դասին մենք կներկայացնենք այնպիսի ֆիզիկական հայեցակարգ, ինչպիսին է նյութի հատուկ ջերմունակությունը: Մենք գիտենք, որ դա կախված է քիմիական հատկություններնյութեր, և դրա արժեքը, որը կարելի է գտնել աղյուսակներում, տարբեր է տարբեր նյութերի համար: Այնուհետև մենք կպարզենք չափման միավորները և հատուկ ջերմային հզորությունը գտնելու բանաձևը, ինչպես նաև կսովորենք, թե ինչպես վերլուծել նյութերի ջերմային հատկությունները դրանց հատուկ ջերմային հզորության արժեքով:

Կալորիմետր(լատ. կալորիաներ- տաք և մետր- չափում) - ցանկացած ֆիզիկական, քիմիական կամ կենսաբանական գործընթացում արտանետվող կամ ներծծվող ջերմության քանակությունը չափող սարք: «Կալորիմետր» տերմինն առաջարկել են Ա.Լավուազիեն և Պ.Լապլասը։

Կալորիմետրը բաղկացած է ծածկույթից, ներքին և արտաքին ապակուց: Կալորիմետրի նախագծման մեջ շատ կարևոր է, որ փոքր և մեծ անոթների միջև լինի օդի շերտ, որը ցածր ջերմային հաղորդունակության պատճառով ապահովում է ջերմության վատ փոխանցում պարունակության և արտաքին միջավայրի միջև: Այս դիզայնը հնարավորություն է տալիս կալորիմետրը դիտարկել որպես մի տեսակ թերմոս և գործնականում ազատվել էֆեկտներից արտաքին միջավայրկալորիմետրի ներսում ջերմային փոխանցման գործընթացների ընթացքի վրա.

Կալորիմետրը նախատեսված է հատուկ ջերմային հզորությունների և մարմինների այլ ջերմային պարամետրերի ավելի ճշգրիտ չափումների համար, քան նշված է աղյուսակում:

Մեկնաբանություն.Կարևոր է նշել, որ այնպիսի հասկացություն, ինչպիսին է ջերմության քանակությունը, որը մենք շատ հաճախ օգտագործում ենք, չպետք է շփոթել մարմնի ներքին էներգիայի հետ։ Ջերմության քանակությունը ճշգրիտ որոշում է ներքին էներգիայի փոփոխությունը, և ոչ թե դրա հատուկ արժեքը:

Նկատի ունեցեք, որ տարբեր նյութերի տեսակարար ջերմունակությունը տարբեր է, ինչը երևում է աղյուսակից (նկ. 3): Օրինակ՝ ոսկին հատուկ ջերմային հզորություն ունի։ Ինչպես արդեն նշել ենք ավելի վաղ, այս հատուկ ջերմային հզորության ֆիզիկական նշանակությունը նշանակում է, որ 1 կգ ոսկին 1 °C-ով տաքացնելու համար անհրաժեշտ է նրան մատակարարել 130 Ջ ջերմություն (նկ. 5):

Բրինձ. 5. Ոսկու տեսակարար ջերմունակությունը

Հաջորդ դասում մենք կքննարկենք, թե ինչպես կարելի է հաշվարկել ջերմության քանակը:

Ցուցակգրականություն

1. Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Էդ. Orlova V.A., Roizena I.I. Ֆիզիկա 8. - Մ.՝ Mnemosyne.
2. Պերիշկին Ա.Վ. Ֆիզիկա 8. - Մ.: Բուստարդ, 2010 թ.
3. Ֆադեևա Ա.Ա., Զասով Ա.Վ., Կիսելև Դ.Ֆ. Ֆիզիկա 8. - Մ.՝ Լուսավորություն.

1. «vactekh-holod.ru» ինտերնետային պորտալ ()

Տնային աշխատանք