ปริมาณความร้อนที่ร่างกายดูดซึมเมื่อได้รับความร้อนตามสูตร ปริมาณความร้อน

« ฟิสิกส์ - เกรด 10 "

การแปลงมวลรวมของสสารเกิดขึ้นในกระบวนการใด
สถานะของสสารสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างไร?

คุณสามารถเปลี่ยนพลังงานภายในของร่างกายใด ๆ ก็ได้โดยการทำงาน ให้ความร้อน หรือในทางกลับกัน การทำให้เย็นลง
ดังนั้นเมื่อหลอมโลหะ การทำงานเสร็จสิ้นและถูกทำให้ร้อน ในขณะเดียวกันก็สามารถให้ความร้อนโลหะบนเปลวไฟที่ลุกไหม้ได้

นอกจากนี้หากลูกสูบได้รับการแก้ไข (รูปที่ 13.5) ปริมาตรของก๊าซจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อถูกความร้อนและไม่มีงานทำ แต่อุณหภูมิของก๊าซและด้วยเหตุนี้พลังงานภายในจึงเพิ่มขึ้น

พลังงานภายในสามารถเพิ่มและลดได้ ดังนั้นปริมาณความร้อนอาจเป็นบวกหรือลบก็ได้

กระบวนการถ่ายเทพลังงานจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งโดยไม่ต้องทำงานเรียกว่า การแลกเปลี่ยนความร้อน.

การวัดเชิงปริมาณของการเปลี่ยนแปลง กำลังภายในในการถ่ายเทความร้อนเรียกว่า ปริมาณความร้อน.

ภาพโมเลกุลของการถ่ายเทความร้อน

ระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ขอบระหว่างร่างกาย โมเลกุลที่เคลื่อนที่อย่างช้าๆ ของร่างกายที่เย็นจะมีปฏิกิริยากับโมเลกุลที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของวัตถุที่ร้อน เป็นผลให้พลังงานจลน์ของโมเลกุลมีความเท่าเทียมกันและความเร็วของโมเลกุลของวัตถุเย็นเพิ่มขึ้นในขณะที่วัตถุที่ร้อนลดลง

ในระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อน จะไม่มีการแปลงพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง พลังงานภายในส่วนหนึ่งของวัตถุที่ร้อนกว่าจะถูกถ่ายโอนไปยังร่างกายที่ร้อนน้อยกว่า

ปริมาณความร้อนและความจุความร้อน

คุณรู้อยู่แล้วว่าเพื่อให้ความร้อนแก่ร่างกายด้วยมวล m จากอุณหภูมิ t 1 ถึงอุณหภูมิ t 2 จำเป็นต้องถ่ายเทปริมาณความร้อนไปยังมัน:

Q \u003d ซม. (เสื้อ 2 - เสื้อ 1) \u003d ซม. Δt (13.5)

เมื่อร่างกายเย็นลง อุณหภูมิสุดท้าย t 2 จะน้อยกว่าอุณหภูมิเริ่มต้น t 1 และปริมาณความร้อนที่ร่างกายปล่อยออกมาจะเป็นลบ

ค่าสัมประสิทธิ์ c ในสูตร (13.5) เรียกว่า ความจุความร้อนจำเพาะสาร

ความร้อนจำเพาะ- เป็นค่าตัวเลขที่เท่ากับปริมาณความร้อนที่สารที่มีมวล 1 กิโลกรัมได้รับหรือปล่อยออกมาเมื่ออุณหภูมิของสารนั้นเปลี่ยนแปลงไป 1 K

ความจุความร้อนจำเพาะของก๊าซขึ้นอยู่กับกระบวนการที่ถ่ายเทความร้อน หากคุณให้ความร้อนกับแก๊สที่ความดันคงที่ แก๊สจะขยายตัวและทำงาน ในการทำให้แก๊สร้อนขึ้น 1 °C ที่ความดันคงที่ ต้องถ่ายเท ปริมาณมากความร้อนมากกว่าการให้ความร้อนในปริมาตรคงที่เมื่อก๊าซจะร้อนขึ้นเท่านั้น

ของเหลวและของแข็งขยายตัวเล็กน้อยเมื่อถูกความร้อน ความจุความร้อนจำเพาะที่ปริมาตรคงที่และแรงดันคงที่ต่างกันเพียงเล็กน้อย

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ในการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอในระหว่างกระบวนการเดือด จำเป็นต้องถ่ายเทความร้อนจำนวนหนึ่งไป อุณหภูมิของของเหลวจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเดือด การเปลี่ยนแปลงของของเหลวเป็นไอที่อุณหภูมิคงที่ไม่ได้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ของโมเลกุล แต่จะมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของพลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์ ท้ายที่สุดแล้ว ระยะทางเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลของแก๊สนั้นมากกว่าระหว่างโมเลกุลของเหลวมาก

ค่าที่เป็นตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการแปลงของเหลว 1 กิโลกรัมเป็นไอน้ำที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่า ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ.

กระบวนการระเหยของของเหลวเกิดขึ้นที่อุณหภูมิใดก็ได้ ในขณะที่โมเลกุลที่เร็วที่สุดจะปล่อยของเหลวออกมา และจะเย็นตัวลงในระหว่างการระเหย ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอมีค่าเท่ากับความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ค่านี้แสดงด้วยตัวอักษร r และแสดงเป็นจูลต่อกิโลกรัม (J / kg)

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำนั้นสูงมาก: r H20 = 2.256 10 6 J/kg ที่อุณหภูมิ 100 °C ในของเหลวอื่นๆ เช่น แอลกอฮอล์ อีเทอร์ ปรอท น้ำมันก๊าด ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอจะน้อยกว่าน้ำ 3-10 เท่า

ในการแปลงของเหลวมวล m เป็นไอน้ำ ต้องใช้ความร้อนเท่ากับ:

คิว p \u003d rm. (13.6)

เมื่อไอน้ำควบแน่น จะปล่อยความร้อนในปริมาณเท่ากัน:

คิว k \u003d -rm. (13.7)

ความร้อนจำเพาะของการหลอมรวม

เมื่อตัวผลึกละลาย ความร้อนทั้งหมดที่จ่ายไปจะไปเพิ่มพลังงานศักย์ของปฏิกิริยาของโมเลกุล พลังงานจลน์ของโมเลกุลไม่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากการหลอมเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่

ค่าที่เป็นตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนสารผลึกที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมที่จุดหลอมเหลวให้เป็นของเหลวเรียกว่า ความร้อนจำเพาะของการหลอมเหลวและเขียนแทนด้วยตัวอักษร λ

ในระหว่างการตกผลึกของสารที่มีมวล 1 กิโลกรัม ความร้อนปริมาณเท่ากันจะถูกปล่อยออกมาเมื่อถูกดูดซับระหว่างการหลอมเหลว

ความร้อนจำเพาะของการละลายน้ำแข็งค่อนข้างสูง: 3.34 10 5 J/kg

“ถ้าน้ำแข็งไม่มีความร้อนสูงของการหลอมเหลว ดังนั้นในฤดูใบไม้ผลิ มวลน้ำแข็งทั้งหมดจะต้องละลายภายในไม่กี่นาทีหรือไม่กี่วินาที เนื่องจากความร้อนจะถูกถ่ายเทจากอากาศไปยังน้ำแข็งอย่างต่อเนื่อง ผลที่ตามมาของเรื่องนี้จะเลวร้าย ท้ายที่สุด แม้ภายใต้สถานการณ์ที่มีอยู่ น้ำท่วมใหญ่และกระแสน้ำเชี่ยวเกิดขึ้นเมื่อน้ำแข็งหรือหิมะจำนวนมากละลาย ร. แบล็ก ศตวรรษที่ 18

ในการละลายตัวผลึกมวล m ต้องใช้ความร้อนเท่ากับ:

Qpl \u003d λm. (13.8)

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในระหว่างการตกผลึกของร่างกายเท่ากับ:

Q cr = -λm (13.9)

สมการสมดุลความร้อน

พิจารณาการแลกเปลี่ยนความร้อนภายในระบบที่ประกอบด้วยวัตถุหลายตัวในตอนแรกที่มีอุณหภูมิต่างกัน ตัวอย่างเช่น การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างน้ำในภาชนะและลูกเหล็กร้อนที่หย่อนลงไปในน้ำ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากวัตถุหนึ่งมีค่าเท่ากับปริมาณความร้อนที่อีกตัวหนึ่งได้รับ

ปริมาณความร้อนที่กำหนดถือเป็นค่าลบ ปริมาณความร้อนที่ได้รับถือเป็นค่าบวก ดังนั้น ปริมาณความร้อนทั้งหมด Q1 + Q2 = 0

หากการแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้นระหว่างหลาย ๆ วัตถุในระบบที่แยกได้

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

สมการ (13.10) เรียกว่า สมการสมดุลความร้อน.

ที่นี่ Q 1 Q 2 , Q 3 - ปริมาณความร้อนที่ร่างกายได้รับหรือมอบให้ ปริมาณความร้อนเหล่านี้แสดงโดยสูตร (13.5) หรือสูตร (13.6) - (13.9) หากการเปลี่ยนแปลงเฟสต่างๆ ของสารเกิดขึ้นในกระบวนการถ่ายเทความร้อน (การหลอมเหลว การตกผลึก การกลายเป็นไอ การควบแน่น)

ในบทนี้ เราจะเรียนรู้วิธีคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกายหรือปล่อยความร้อนเมื่อเย็นลง ในการทำเช่นนี้ เราจะสรุปความรู้ที่ได้รับในบทเรียนก่อนหน้านี้

นอกจากนี้ เราจะได้เรียนรู้วิธีใช้สูตรสำหรับปริมาณความร้อนเพื่อแสดงปริมาณที่เหลือจากสูตรนี้และคำนวณหาปริมาณความร้อนอื่นๆ ตัวอย่างปัญหาในการแก้ปัญหาการคำนวณปริมาณความร้อนจะได้รับการพิจารณาด้วย

บทเรียนนี้มีเนื้อหาเกี่ยวกับการคำนวณปริมาณความร้อนเมื่อร่างกายได้รับความร้อนหรือปล่อยเมื่อเย็นลง

ความสามารถในการคำนวณ จำนวนเงินที่ต้องการความอบอุ่นเป็นสิ่งสำคัญมาก อาจจำเป็น ตัวอย่างเช่น เมื่อคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องจ่ายให้กับน้ำเพื่อให้ความร้อนแก่ห้อง

ข้าว. 1. ปริมาณความร้อนที่ต้องรายงานไปยังน้ำเพื่อให้ความร้อนแก่ห้อง

หรือคำนวณปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้ในเครื่องยนต์ต่างๆ:

ข้าว. 2. ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาเมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้ในเครื่องยนต์

นอกจากนี้ ความรู้นี้จำเป็น เช่น เพื่อกำหนดปริมาณความร้อนที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาและกระทบพื้นโลก:

ข้าว. 3. ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์และตกลงสู่พื้นโลก

ในการคำนวณปริมาณความร้อน คุณจำเป็นต้องรู้สามสิ่ง (รูปที่ 4):

• น้ำหนักตัว (ซึ่งปกติสามารถวัดได้ด้วยมาตราส่วน);
• ความแตกต่างของอุณหภูมิที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกายหรือทำให้เย็นลง (โดยปกติวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์)
• ความจุความร้อนจำเพาะของร่างกาย (ซึ่งสามารถกำหนดได้จากตาราง)

ข้าว. 4. สิ่งที่คุณต้องรู้เพื่อตัดสิน

สูตรคำนวณปริมาณความร้อนมีดังนี้

สูตรนี้มีปริมาณดังต่อไปนี้:

ปริมาณความร้อน วัดเป็นจูล (J);

ความร้อนจำเพาะสารที่วัดใน;

- ความแตกต่างของอุณหภูมิ วัดเป็นองศาเซลเซียส ()

พิจารณาปัญหาการคำนวณปริมาณความร้อน

งาน

แก้วทองแดงที่มีมวลกรัมบรรจุน้ำที่มีปริมาตรหนึ่งลิตรที่อุณหภูมิ . แก้วน้ำต้องถ่ายเทความร้อนเท่าไรจึงจะมีอุณหภูมิเท่ากับ ?

ข้าว. 5. ภาพประกอบของสภาพของปัญหา

ก่อนอื่นเราเขียน สภาพสั้น (ที่ให้ไว้) และแปลงปริมาณทั้งหมดเป็นระบบสากล (SI)

ที่ให้ไว้:	SI
การค้นหา:

การตัดสินใจ:

ขั้นแรก กำหนดปริมาณอื่นๆ ที่เราต้องการเพื่อแก้ปัญหานี้ ตามตารางความจุความร้อนจำเพาะ (ตารางที่ 1) เราพบ (ความจุความร้อนจำเพาะของทองแดง เนื่องจากแก้วเป็นทองแดงตามเงื่อนไข) (ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำ เนื่องจากโดยเงื่อนไขจะมีน้ำอยู่ในแก้ว) นอกจากนี้ เรารู้ว่าในการคำนวณปริมาณความร้อน เราต้องการมวลน้ำ โดยเงื่อนไขเราได้รับเฉพาะปริมาณ ดังนั้นเราจึงนำความหนาแน่นของน้ำจากตาราง: (ตารางที่ 2)

แท็บ 1. ความจุความร้อนจำเพาะของสารบางชนิด

แท็บ 2. ความหนาแน่นของของเหลวบางชนิด

ตอนนี้เรามีทุกอย่างที่เราต้องการเพื่อแก้ปัญหานี้

โปรดทราบว่าปริมาณความร้อนทั้งหมดจะประกอบด้วยผลรวมของปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการให้ความร้อนแก่แก้วทองแดงและปริมาณความร้อนที่ต้องใช้เพื่อให้ความร้อนแก่น้ำในแก้ว:

ก่อนอื่นเราคำนวณปริมาณความร้อนที่ต้องการเพื่อให้ความร้อนแก่แก้วทองแดง:

ก่อนคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนกับน้ำ เราคำนวณมวลของน้ำโดยใช้สูตรที่เราคุ้นเคยตั้งแต่เกรด 7:

ตอนนี้เราสามารถคำนวณ:

จากนั้นเราสามารถคำนวณ:

จำได้ว่ามันหมายถึงอะไร: กิโลจูล คำนำหน้า "กิโล" หมายถึง .

ตอบ:.

เพื่อความสะดวกในการแก้ปัญหาในการค้นหาปริมาณความร้อน (หรือที่เรียกว่าปัญหาโดยตรง) และปริมาณที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดนี้ คุณสามารถใช้ตารางต่อไปนี้

ค่าที่ต้องการ	การกำหนด	หน่วย	สูตรพื้นฐาน	สูตรปริมาณ
ปริมาณความร้อน

คุณสามารถเปลี่ยนพลังงานภายในของก๊าซในกระบอกสูบได้ ไม่เพียงแต่การทำงานเท่านั้น แต่ยังทำให้ก๊าซร้อนอีกด้วย (รูปที่ 43) หากลูกสูบได้รับการแก้ไข ปริมาตรของแก๊สจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่อุณหภูมิและพลังงานภายในจะเพิ่มขึ้น

กระบวนการถ่ายเทพลังงานจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งโดยไม่ต้องทำงานเรียกว่า การถ่ายเทความร้อน หรือการถ่ายเทความร้อน

พลังงานที่ถ่ายโอนไปยังร่างกายอันเป็นผลมาจากการถ่ายเทความร้อนเรียกว่าปริมาณความร้อน ปริมาณความร้อนเรียกอีกอย่างว่าพลังงานที่ร่างกายปล่อยออกมาในกระบวนการถ่ายเทความร้อน

ภาพโมเลกุลของการถ่ายเทความร้อนระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ขอบระหว่างร่างกาย โมเลกุลที่เคลื่อนที่อย่างช้าๆ ของร่างกายที่เย็นจะมีปฏิกิริยากับโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วขึ้นของร่างกายที่ร้อน ส่งผลให้พลังงานจลน์

โมเลกุลถูกจัดเรียงตัวและความเร็วของโมเลกุลของวัตถุเย็นเพิ่มขึ้น และความเร็วของโมเลกุลที่ร้อนลดลง

ในระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อน จะไม่มีการแปลงพลังงานจากรูปแบบหนึ่งเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง: ส่วนหนึ่งของพลังงานภายในของวัตถุที่ร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังวัตถุที่เย็น

ปริมาณความร้อนและความจุความร้อนจากหลักสูตรฟิสิกส์คลาส VII เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าการที่จะให้ความร้อนแก่ร่างกายที่มีมวลจากอุณหภูมิถึงอุณหภูมินั้นจำเป็นต้องแจ้งปริมาณความร้อน

เมื่อร่างกายเย็นลง อุณหภูมิสุดท้ายจะน้อยกว่าอุณหภูมิเริ่มต้นและปริมาณความร้อนที่ร่างกายปล่อยออกมาจะเป็นลบ

ค่าสัมประสิทธิ์ c ในสูตร (4.5) เรียกว่า ความร้อนจำเพาะ. ความจุความร้อนจำเพาะ คือ ปริมาณความร้อนที่สาร 1 กิโลกรัมได้รับหรือปล่อยออกมาเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป 1 K -

ความจุความร้อนจำเพาะแสดงเป็นจูลต่อกิโลกรัมคูณเคลวิน วัตถุที่แตกต่างกันต้องการพลังงานในปริมาณที่ไม่เท่ากันในการเพิ่มอุณหภูมิโดย I K ดังนั้นความจุความร้อนจำเพาะของน้ำและทองแดง

ความจุความร้อนจำเพาะไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสารเท่านั้นแต่ยังขึ้นกับกระบวนการที่การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นด้วยหากคุณให้ความร้อนกับก๊าซที่ความดันคงที่แก๊สจะขยายตัวและทำงาน เพื่อให้ความร้อนแก่แก๊ส 1 °C ที่ความดันคงที่ จะต้องถ่ายเทความร้อนมากกว่าการให้ความร้อนที่ปริมาตรคงที่

ของเหลวและ ตัวแข็งขยายตัวเล็กน้อยเมื่อถูกความร้อน และความจุความร้อนจำเพาะที่ปริมาตรคงที่และแรงดันคงที่ต่างกันเล็กน้อย

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ ในการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอจะต้องถ่ายเทความร้อนจำนวนหนึ่งไป อุณหภูมิของของเหลวจะไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการเปลี่ยนแปลงนี้ การเปลี่ยนแปลงของของเหลวเป็นไอที่อุณหภูมิคงที่ไม่ได้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ของโมเลกุล แต่จะมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของพลังงานศักย์ ท้ายที่สุด ระยะทางเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลของแก๊สนั้นมากกว่าระหว่างโมเลกุลของเหลวหลายเท่า นอกจากนี้ การเพิ่มขึ้นของปริมาตรระหว่างการเปลี่ยนผ่านของสารจาก สถานะของเหลวเข้าไปในก๊าซต้องมีการทำงานกับกองกำลังของแรงดันภายนอก

ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของเหลว 1 กิโลกรัมให้เป็นไอที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่า

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ ค่านี้แสดงด้วยตัวอักษรและแสดงเป็นจูลต่อกิโลกรัม

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำนั้นสูงมาก: ที่อุณหภูมิ 100°C สำหรับของเหลวอื่นๆ (แอลกอฮอล์ อีเธอร์ ปรอท น้ำมันก๊าด ฯลฯ) ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอจะน้อยกว่า 3-10 เท่า

ในการแปลงมวลของเหลวเป็นไอต้องใช้ความร้อนเท่ากับ:

เมื่อไอน้ำควบแน่น จะปล่อยความร้อนในปริมาณเท่ากัน:

ความร้อนจำเพาะของการหลอมรวมเมื่อตัวผลึกละลาย ความร้อนทั้งหมดที่จ่ายไปจะไปเพิ่มพลังงานศักย์ของโมเลกุล พลังงานจลน์ของโมเลกุลไม่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากการหลอมเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่

ปริมาณความร้อน A ที่ต้องการในการแปลงสารผลึก 1 กิโลกรัมที่จุดหลอมเหลวให้เป็นของเหลวที่มีอุณหภูมิเท่ากันเรียกว่าความร้อนจำเพาะของการหลอมเหลว

ในระหว่างการตกผลึกของสาร 1 กิโลกรัม จะมีการปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณเท่ากัน ความร้อนจำเพาะของการละลายน้ำแข็งค่อนข้างสูง:

ในการละลายตัวผลึกที่มีมวล ต้องใช้ความร้อนเท่ากับ:

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในระหว่างการตกผลึกของร่างกายเท่ากับ:

1. ปริมาณความร้อนเรียกว่าอะไร? 2. อะไรเป็นตัวกำหนดความจุความร้อนจำเพาะของสาร? 3. ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอเรียกว่าอะไร? 4. ความร้อนจำเพาะของการหลอมรวมเรียกว่าอะไร? 5. ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทเป็นลบในกรณีใดบ้าง?

กระบวนการถ่ายเทพลังงานจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งโดยไม่ต้องทำงานเรียกว่า การแลกเปลี่ยนความร้อนหรือ การถ่ายเทความร้อน. การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นระหว่างร่างกายที่มี อุณหภูมิต่างกัน. เมื่อมีการสัมผัสกันระหว่างร่างกายที่มีอุณหภูมิต่างกัน พลังงานภายในส่วนหนึ่งจะถูกถ่ายโอนจากร่างกายที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังร่างกายที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า พลังงานที่ถ่ายโอนไปยังร่างกายอันเป็นผลมาจากการถ่ายเทความร้อนเรียกว่า ปริมาณความร้อน.

ความจุความร้อนจำเพาะของสาร:

หากกระบวนการถ่ายเทความร้อนไม่ได้มาพร้อมกับการทำงาน ดังนั้นตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ปริมาณความร้อนจะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในร่างกาย: .

พลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงการแปลแบบสุ่มของโมเลกุลเป็นสัดส่วนกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของร่างกายเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของการเปลี่ยนแปลงพลังงานของอะตอมหรือโมเลกุลทั้งหมด ซึ่งจำนวนดังกล่าวเป็นสัดส่วนกับมวลของร่างกาย ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในจึงทำให้ ปริมาณความร้อนเป็นสัดส่วนกับมวลและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ:

ตัวประกอบสัดส่วนในสมการนี้เรียกว่า ความจุความร้อนจำเพาะของสาร. ความจุความร้อนจำเพาะบ่งชี้ว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการทำให้อุณหภูมิของสาร 1 กิโลกรัมเพิ่มขึ้น 1 K

ทำงานในอุณหพลศาสตร์:

ในกลศาสตร์ งานถูกกำหนดเป็นผลคูณของโมดูลของแรงและการกระจัดและโคไซน์ของมุมระหว่างพวกเขา งานเสร็จสิ้นเมื่อแรงกระทำต่อวัตถุที่เคลื่อนที่และมีค่าเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์

ในอุณหพลศาสตร์ ไม่พิจารณาการเคลื่อนที่ของร่างกายโดยรวม เรากำลังพูดถึงการเคลื่อนไหวของส่วนต่างๆ ของร่างกายมหภาคที่สัมพันธ์กัน เป็นผลให้ปริมาตรของร่างกายเปลี่ยนไปและความเร็วของมันยังคงเท่ากับศูนย์ การทำงานในอุณหพลศาสตร์ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับในกลศาสตร์ แต่เท่ากับการเปลี่ยนแปลงไม่ใช่ในพลังงานจลน์ของร่างกาย แต่ในพลังงานภายใน

เมื่องานเสร็จสิ้น (การบีบอัดหรือการขยายตัว) พลังงานภายในของก๊าซจะเปลี่ยนไป เหตุผลนี้มีดังนี้: ระหว่างการชนกันแบบยืดหยุ่นของโมเลกุลก๊าซกับลูกสูบเคลื่อนที่ พลังงานจลน์ของพวกมันจะเปลี่ยนไป

ให้เราคำนวณการทำงานของแก๊สระหว่างการขยายตัว แก๊สกระทำต่อลูกสูบด้วยแรง
, ที่ไหน คือความดันของแก๊ส และ - พื้นที่ผิว ลูกสูบ. เมื่อก๊าซขยายตัว ลูกสูบจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางของแรง เป็นระยะทางสั้นๆ
. หากระยะทางมีน้อย ก็ถือว่าแรงดันแก๊สคงที่ การทำงานของแก๊สคือ:

ที่ไหน
- การเปลี่ยนแปลงปริมาณก๊าซ

ในกระบวนการขยายก๊าซ มันทำงานในเชิงบวก เนื่องจากทิศทางของแรงและการกระจัดนั้นตรงกัน ในกระบวนการขยายตัว ก๊าซจะปล่อยพลังงานไปยังวัตถุโดยรอบ

งานที่ทำโดยหน่วยงานภายนอกเกี่ยวกับก๊าซแตกต่างจากงานของก๊าซเท่านั้นในเครื่องหมาย
,เพราะความแข็งแกร่ง ที่กระทำต่อแก๊สอยู่ตรงข้ามกับแรง โดยที่แก๊สกระทำต่อลูกสูบและมีค่าเท่ากับในค่าสัมบูรณ์ (กฎข้อที่สามของนิวตัน) และการเคลื่อนไหวยังคงเหมือนเดิม ดังนั้นงานของกองกำลังภายนอกจึงเท่ากับ:

.

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์:

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์คือกฎการอนุรักษ์พลังงานซึ่งขยายไปสู่ปรากฏการณ์ทางความร้อน กฎการอนุรักษ์พลังงาน: พลังงานในธรรมชาติไม่ได้เกิดขึ้นจากความว่างเปล่าและไม่หายไป ปริมาณของพลังงานไม่เปลี่ยนแปลง จะเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น

ในอุณหพลศาสตร์พิจารณาร่างกายซึ่งตำแหน่งของจุดศูนย์ถ่วงซึ่งแทบไม่เปลี่ยนแปลง พลังงานกลของวัตถุดังกล่าวยังคงที่ และพลังงานภายในเท่านั้นที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้

พลังงานภายในสามารถเปลี่ยนได้สองวิธี: การถ่ายเทความร้อนและการทำงาน ในกรณีทั่วไป พลังงานภายในเปลี่ยนแปลงทั้งเนื่องจากการถ่ายเทความร้อนและจากประสิทธิภาพการทำงาน กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ถูกกำหนดขึ้นอย่างแม่นยำสำหรับกรณีทั่วไปดังกล่าว:

การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งเท่ากับผลรวมของงานของแรงภายนอกและปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทไปยังระบบ:

หากระบบถูกแยกออกจากกัน จะไม่มีการทำงานใดๆ เกิดขึ้นและจะไม่แลกเปลี่ยนความร้อนกับวัตถุโดยรอบ ตามกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ พลังงานภายในของระบบที่แยกตัวยังคงไม่เปลี่ยนแปลง.

ระบุว่า
กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์สามารถเขียนได้ดังนี้

ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทไปยังระบบจะเปลี่ยนพลังงานภายในและทำงานบนตัวภายนอกโดยระบบ.

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์: เป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายเทความร้อนจากระบบที่เย็นกว่าไปยังระบบที่ร้อนกว่าในกรณีที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ พร้อมกันในทั้งสองระบบหรือในร่างกายโดยรอบ

อะไรจะร้อนเร็วขึ้นบนเตา - กาต้มน้ำหรือถังน้ำ? คำตอบนั้นชัดเจน - กาต้มน้ำ แล้วคำถามที่สองคือ ทำไม?

คำตอบก็ชัดเจนไม่แพ้กัน เพราะมวลน้ำในกาต้มน้ำมีน้อย ละเอียด. ตอนนี้คุณสามารถทำให้ตัวเองเป็นจริง ประสบการณ์ทางกายภาพที่บ้าน. ในการทำเช่นนี้ คุณจะต้องใช้หม้อขนาดเล็กที่เหมือนกันสองใบ ปริมาณน้ำเท่ากันและ น้ำมันพืชตัวอย่างเช่นครึ่งลิตรและเตา ใส่น้ำมันและน้ำในหม้อบนกองไฟเดียวกัน และตอนนี้เพียงแค่ดูว่าอะไรจะร้อนขึ้นเร็วขึ้น หากมีเทอร์โมมิเตอร์สำหรับของเหลว ก็ใช้ได้ แต่ถ้าไม่มี ให้ใช้นิ้วลองใช้อุณหภูมิดูเป็นครั้งคราว ระวังอย่าให้ตัวเองไหม้ ไม่ว่าในกรณีใดคุณจะเห็นว่าน้ำมันร้อนเร็วกว่าน้ำมาก และอีกหนึ่งคำถามที่สามารถนำไปปฏิบัติได้ในรูปแบบของประสบการณ์ อะไรจะเดือดเร็วขึ้น - น้ำอุ่นหรือเย็น? ทุกอย่างชัดเจนอีกครั้ง - อันที่อบอุ่นจะเป็นคนแรกที่ทำให้เสร็จ ทำไมคำถามและการทดลองแปลก ๆ เหล่านี้ทั้งหมด? เพื่อที่จะกำหนด ปริมาณทางกายภาพเรียกว่า "ปริมาณความร้อน"

ปริมาณความร้อน

ปริมาณความร้อนคือพลังงานที่ร่างกายสูญเสียหรือได้รับระหว่างการถ่ายเทความร้อน นี้ชัดเจนจากชื่อ เมื่อเย็นตัว ร่างกายจะสูญเสียความร้อนไปจำนวนหนึ่ง และเมื่อถูกความร้อนก็จะดูดซับ และคำตอบของคำถามก็แสดงให้เราเห็น ปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับอะไร?อย่างแรก ยิ่งมวลของร่างกายมากเท่าใด ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้เพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิของร่างกายก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ประการที่สอง ปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกายขึ้นอยู่กับสารที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนประกอบ นั่นคือ ชนิดของสาร และประการที่สาม ความแตกต่างของอุณหภูมิร่างกายก่อนและหลังการถ่ายเทความร้อนก็มีความสำคัญสำหรับการคำนวณของเราเช่นกัน จากที่กล่าวมาเราสามารถ กำหนดปริมาณความร้อนตามสูตร:

โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน
ม. - น้ำหนักตัว
(t_2-t_1) - ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิร่างกายเริ่มต้นและสุดท้าย
c - ความจุความร้อนจำเพาะของสารพบได้จากตารางที่เกี่ยวข้อง

เมื่อใช้สูตรนี้ คุณสามารถคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการให้ความร้อนแก่ร่างกายใดๆ หรือที่ร่างกายจะปล่อยเมื่อเย็นลง

ปริมาณความร้อนวัดเป็นจูล (1 J) เช่นเดียวกับพลังงานรูปแบบอื่น อย่างไรก็ตาม ค่านี้ถูกนำมาใช้เมื่อไม่นานมานี้ และผู้คนเริ่มวัดปริมาณความร้อนก่อนหน้านี้มาก และพวกเขาใช้หน่วยที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในยุคของเรา - แคลอรี่ (1 แคลอรี) 1 แคลอรี คือปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 กรัมมีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศาเซลเซียส ตามข้อมูลเหล่านี้ ผู้ชื่นชอบการนับแคลอรี่ในอาหารที่พวกเขากินสามารถคำนวณได้ว่าสามารถต้มน้ำได้กี่ลิตรด้วยพลังงานที่บริโภคพร้อมกับอาหารในระหว่างวัน