Moddaning o'ziga xos issiqlik sig'imi. Maxsus issiqlik sig'imi: ta'rif, qiymatlar, misollar

Suv eng ajoyib moddalardan biridir. Ga qaramay keng foydalanish va hamma joyda foydalanish, bu tabiatning haqiqiy siridir. Kislorodli birikmalardan biri bo'lgan suv muzlash, bug'lanish issiqligi va boshqalar kabi juda past xususiyatlarga ega bo'lishi kerakdek tuyuladi. Lekin bu sodir bo'lmaydi. Faqatgina suvning issiqlik sig'imi, hamma narsaga qaramay, juda yuqori.

Suv juda katta miqdordagi issiqlikni o'zlashtira oladi, o'zi esa deyarli qizib ketmaydi - bu uning jismoniy xususiyati. suv qumning issiqlik sig'imidan taxminan besh barobar, temirdan esa o'n baravar yuqori. Shuning uchun suv tabiiy sovutuvchidir. Uning to'plash qobiliyati ko'p miqdorda energiya er yuzasida harorat o'zgarishini yumshatishga va butun sayyoradagi issiqlik rejimini tartibga solishga imkon beradi va bu yilning vaqtidan qat'iy nazar sodir bo'ladi.

Bu noyob mulk suv uni sanoatda va kundalik hayotda sovutgich sifatida ishlatishga imkon beradi. Bundan tashqari, suv keng tarqalgan va nisbatan arzon xom ashyo hisoblanadi.

Issiqlik sig'imi deganda nima tushuniladi? Termodinamikaning kursidan ma'lumki, issiqlik almashinuvi doimo issiq jismdan sovuq jismga sodir bo'ladi. Qayerda gaplashamiz ma'lum miqdordagi issiqlikning o'tishi haqida va ikkala jismning harorati ularning holatining xarakteristikasi bo'lib, bu almashinuv yo'nalishini ko'rsatadi. Bir xil boshlang'ich haroratlarda teng massali suvga ega bo'lgan metall tanasi jarayonida metall o'z haroratini suvdan bir necha marta ko'proq o'zgartiradi.

Agar biz termodinamikaning asosiy bayonotini postulat sifatida oladigan bo'lsak - ikkita jismdan (boshqalardan ajratilgan), issiqlik almashinuvi paytida biri ajralib chiqadi, ikkinchisi esa teng miqdorda issiqlik oladi, u holda metall va suv butunlay boshqacha issiqlikka ega ekanligi ayon bo'ladi. imkoniyatlar.

Shunday qilib, suvning (shuningdek, har qanday moddaning) issiqlik sig'imi ma'lum bir moddaning harorat birligiga sovutish (isitish) paytida bir oz berish (yoki qabul qilish) qobiliyatini tavsiflovchi ko'rsatkichdir.

Moddaning solishtirma issiqlik sig'imi - bu moddaning bir birligini (1 kilogramm) 1 darajaga qizdirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori.

Jism tomonidan chiqarilgan yoki yutilgan issiqlik miqdori solishtirma issiqlik sig'imi, massa va harorat farqining mahsulotiga teng. U kaloriyalarda o'lchanadi. Bir kaloriya - bu 1 g suvni 1 daraja isitish uchun etarli bo'lgan issiqlik miqdori. Taqqoslash uchun: havoning solishtirma issiqlik sig'imi 0,24 kal/g ∙°C, alyuminiyniki 0,22, temirniki 0,11, simobniki 0,03.

Suvning issiqlik sig'imi doimiy emas. Haroratning 0 dan 40 darajaga ko'tarilishi bilan u biroz pasayadi (1,0074 dan 0,9980 gacha), boshqa barcha moddalar uchun bu xususiyat isitish vaqtida ortadi. Bundan tashqari, u ortib borayotgan bosim bilan (chuqurlikda) kamayishi mumkin.

Ma'lumki, suv uchta agregatsiya holatiga ega - suyuq, qattiq (muz) va gazsimon (bug '). Shu bilan birga, muzning o'ziga xos issiqlik sig'imi suvnikidan taxminan 2 baravar past. Bu qattiq va erigan holatda o'ziga xos issiqlik sig'imi o'zgarmaydigan suv va boshqa moddalar o'rtasidagi asosiy farqdir. Bu erda qanday sir bor?

Gap shundaki, muz kristall tuzilishga ega, u qizdirilganda darhol qulab tushmaydi. Suvda muzning kichik zarralari mavjud bo'lib, ular bir nechta molekulalardan iborat bo'lib, ular assotsiatsiyalar deb ataladi. Suv qizdirilganda, bir qismi bu shakllanishlardagi vodorod aloqalarini yo'q qilishga sarflanadi. Bu suvning g'ayrioddiy yuqori issiqlik sig'imini tushuntiradi. Uning molekulalari orasidagi bog'lar suv bug'ga o'tgandagina butunlay yo'q qilinadi.

100 ° S haroratda o'ziga xos issiqlik sig'imi deyarli 0 ° S da muzdan farq qilmaydi.Bu ushbu tushuntirishning to'g'riligini yana bir bor tasdiqlaydi. Bug'ning issiqlik sig'imi, xuddi muzning issiqlik sig'imi kabi, olimlar hali ham bir fikrga kelmagan suvnikiga qaraganda ancha yaxshi tushuniladi.

Har bir maktab o'quvchisi fizika darslarida "o'ziga xos issiqlik sig'imi" kabi tushunchaga duch keladi. Aksariyat hollarda odamlar maktab ta'rifini unutishadi va ko'pincha bu atamaning ma'nosini umuman tushunmaydilar. Texnik universitetlarda ko'pchilik talabalar ertami-kechmi duch kelishadi o'ziga xos issiqlik. Ehtimol, fizikani o'rganishning bir qismi sifatida yoki kimdir "issiqlik muhandisligi" yoki "texnik termodinamika" kabi intizomga ega bo'lishi mumkin. Bunday holda siz eslab qolishingiz kerak maktab o'quv dasturi. Shunday qilib, quyida ba'zi moddalarning ta'rifi, misollari, ma'nolari keltirilgan.

Ta'rif

Maxsus issiqlik sig'imi - bu moddaning harorati bir darajaga o'zgarishi uchun moddaning bir birligiga qancha issiqlik berilishi yoki moddaning bir birligidan olib tashlanishi kerakligini tavsiflovchi fizik miqdor. Bu muhim emas, deb bekor qilish muhim ahamiyatga ega, Selsiy, Kelvin va Farengeyt daraja, asosiy narsa bir birlik uchun harorat o'zgarishi hisoblanadi.

Maxsus issiqlik sig'imi o'z o'lchov birligiga ega - in xalqaro tizim birliklar (SI) - Joule kilogramm va Kelvin darajasining mahsulotiga bo'linadi, J / (kg K); tizimdan tashqari birlik - kaloriyaning kilogramm va Selsiy gradusining mahsulotiga nisbati, kal / (kg ° C). Bu qiymat ko'pincha c yoki C harfi bilan belgilanadi, ba'zida indekslar qo'llaniladi. Masalan, bosim o'zgarmas bo'lsa, u holda indeks p bo'ladi va hajm doimiy bo'lsa, u holda v.

Ta'rifning o'zgarishi

Muhokama qilingan ta'rifning bir nechta formulalari jismoniy miqdor. Yuqoridagilarga qo'shimcha ravishda, o'ziga xos issiqlik sig'imi moddaning issiqlik sig'imi qiymatining uning massasiga nisbati ekanligini ko'rsatadigan ta'rif maqbul deb hisoblanadi. Bunday holda, "issiqlik sig'imi" nima ekanligini aniq tushunish kerak. Demak, issiqlik sig'imi tanaga (moddaga) qancha issiqlik keltirilishi yoki uning harorati qiymatini birga o'zgartirishi uchun uni olib tashlash kerakligini ko'rsatadigan jismoniy miqdor deb ataladi. Bir kilogrammdan ortiq moddaning massasining o'ziga xos issiqlik sig'imi bitta qiymat bilan bir xil tarzda aniqlanadi.

Turli moddalar uchun ba'zi misollar va ma'nolar

Buning uchun eksperimental ravishda aniqlangan turli moddalar bu ma'no boshqacha. Masalan, suvning solishtirma issiqlik sig'imi 4,187 kJ/(kg K) ga teng. Ko'pchilik katta ahamiyatga ega vodorod uchun bu jismoniy miqdorning 14,300 kJ / (kg K), oltin uchun eng kichiki 0,129 kJ / (kg K) ni tashkil qiladi. Agar sizga ma'lum bir moddaning qiymati kerak bo'lsa, unda siz ma'lumotnomani olishingiz va tegishli jadvallarni topishingiz kerak va ularda - sizni qiziqtirgan qiymatlar. Biroq zamonaviy texnologiyalar vaqti-vaqti bilan qidiruv jarayonini tezlashtirishga imkon beradi - bu World Wide Web-ga kirish, qidiruv satriga qiziqtirgan savolni yozish, qidiruvni boshlash va natijalar asosida javob izlash imkoniyatiga ega bo'lgan har qanday telefonda etarli. . Aksariyat hollarda siz birinchi havolani bosishingiz kerak. Biroq, ba'zida siz boshqa joyga borishingiz shart emas - ichkarida qisqa Tasvir ma'lumot savolga javobni ko'rsatadi.

Ular issiqlik sig'imini, shu jumladan o'ziga xos issiqlikni qidiradigan eng keng tarqalgan moddalar:

havo (quruq) - 1,005 kJ / (kg K),
alyuminiy - 0,930 kJ / (kg K),
mis - 0,385 kJ / (kg K),
etanol - 2,460 kJ / (kg K),
temir - 0,444 kJ / (kg K),
simob - 0,139 kJ / (kg K),
kislorod - 0,920 kJ / (kg K),
yog'och - 1700 kJ / (kg K),
qum - 0,835 kJ / (kg K).

Issiqlik sig'imi - isitish vaqtida ma'lum miqdorda issiqlikni olish yoki sovutganda uni berish qobiliyati. Jismning issiqlik sig'imi - bu jism oladigan cheksiz issiqlik miqdorining uning harorat ko'rsatkichlarining mos keladigan o'sishiga nisbati. Qiymat J/K da o'lchanadi. Amalda biroz boshqacha qiymat qo'llaniladi - o'ziga xos issiqlik quvvati.

Ta'rif

Maxsus issiqlik sig'imi nimani anglatadi? Bu moddaning bir miqdori bilan bog'liq miqdor. Shunga ko'ra, moddaning miqdori kubometr, kilogramm yoki hatto mollarda o'lchanishi mumkin. Bu nimaga bog'liq? Fizikada issiqlik sig'imi to'g'ridan-to'g'ri qaysi miqdoriy birlikka tegishli ekanligiga bog'liq, ya'ni ular molyar, massa va hajmli issiqlik sig'imlarini farqlaydi. Qurilish sohasida siz molyar o'lchovlar bilan emas, balki boshqalar bilan uchrashasiz - har doim.

Maxsus issiqlik sig'imiga nima ta'sir qiladi?

Siz issiqlik sig'imi nima ekanligini bilasiz, ammo indikatorga qanday qiymatlar ta'sir qilishi hali aniq emas. Maxsus issiqlikning qiymatiga bir nechta komponentlar bevosita ta'sir qiladi: moddaning harorati, bosim va boshqa termodinamik xususiyatlar.

Mahsulotning harorati ko'tarilgach, uning o'ziga xos issiqlik sig'imi ortadi, ammo ba'zi moddalar bu bog'liqlikda butunlay chiziqli bo'lmagan egri chiziqda farqlanadi. Masalan, harorat ko'rsatkichlarining noldan o'ttiz yetti darajaga ko'tarilishi bilan suvning o'ziga xos issiqlik sig'imi pasayishni boshlaydi va agar chegara o'ttiz yetti dan yuz darajagacha bo'lsa, u holda indikator, aksincha, bo'ladi. kattalashtirish; ko'paytirish.

Shunisi e'tiborga loyiqki, parametr mahsulotning termodinamik xususiyatlarining (bosim, hajm va boshqalar) qanday o'zgarishiga ham bog'liq. Masalan, barqaror bosim va barqaror hajmdagi o'ziga xos issiqlik boshqacha bo'ladi.

Parametrni qanday hisoblash mumkin?

Issiqlik quvvati nima ekanligi sizni qiziqtiradimi? Hisoblash formulasi quyidagicha: C \u003d Q / (m DT). Bu qadriyatlar nima? Q - mahsulot qizdirilganda (yoki sovutish paytida mahsulot chiqaradigan) olinadigan issiqlik miqdori. m - mahsulotning massasi, DT - mahsulotning oxirgi va boshlang'ich harorati o'rtasidagi farq. Quyida ba'zi materiallarning issiqlik sig'imi jadvali keltirilgan.

Issiqlik quvvatini hisoblash haqida nima deyish mumkin?

Issiqlik sig'imini hisoblash oson ish emas, ayniqsa, faqat termodinamik usullar qo'llanilsa, buni aniqroq qilish mumkin emas. Shuning uchun fiziklar statistik fizika usullaridan yoki mahsulotlarning mikro tuzilishi haqidagi bilimlardan foydalanadilar. Gazni qanday hisoblash mumkin? Gazning issiqlik sig'imi moddadagi alohida molekulalarning issiqlik harakatining o'rtacha energiyasini hisoblash asosida hisoblanadi. Molekulalarning harakatlari translyatsion va aylanish tipidagi bo'lishi mumkin va molekula ichida butun atom yoki atomlarning tebranishi bo'lishi mumkin. Klassik statistik ma'lumotlarga ko'ra, aylanish va translatsiya harakatlarining har bir erkinligi darajasi uchun R / 2 ga teng bo'lgan molyar qiymat mavjud va har bir tebranish erkinlik darajasi uchun qiymat R ga teng. Bu qoida ham deyiladi. teng taqsimlash qonuni.

Bunday holda, bir atomli gazning zarrasi faqat uchta translatsion erkinlik darajasi bilan farq qiladi va shuning uchun uning issiqlik sig'imi 3R/2 ga teng bo'lishi kerak, bu tajribaga juda mos keladi. Har bir ikki atomli gaz molekulasi uchta translatsion, ikkita aylanish va bir tebranish erkinlik darajasiga ega, ya'ni ekvivalentlik qonuni 7R/2 bo'ladi va tajriba shuni ko'rsatadiki, oddiy haroratda ikki atomli gazning bir molining issiqlik sig'imi 5R/ ga teng. 2. Nega nazariy jihatdan bunday nomuvofiqlik bor edi? Buning sababi shundaki, issiqlik quvvatini o'rnatishda har xil narsalarni hisobga olish kerak bo'ladi kvant effektlari boshqacha qilib aytganda, kvant statistikasidan foydalaning. Ko'rib turganingizdek, issiqlik quvvati juda murakkab tushunchadir.

Kvant mexanikasining ta'kidlashicha, tebranuvchi yoki aylanuvchi zarrachalarning har qanday tizimi, shu jumladan gaz molekulasi ham ma'lum diskret energiya qiymatlariga ega bo'lishi mumkin. Issiqlik harakatining energiyasi bo'lsa o'rnatilgan tizim kerakli chastotali tebranishlarni qo'zg'atish uchun etarli emas, keyin bu tebranishlar tizimning issiqlik sig'imiga hissa qo'shmaydi.

DA qattiq moddalar Oh termal harakat atomlar - ma'lum muvozanat pozitsiyalari yaqinidagi zaif tebranishlar, bu kristall panjaraning tugunlariga tegishli. Atom uchta tebranish erkinlik darajasiga ega va qonunga ko'ra, qattiq jismning molyar issiqlik sig'imi tengdir. 3nR, bu erda n - molekulada mavjud bo'lgan atomlar soni. Amalda, bu qiymat tananing issiqlik sig'imi yuqori haroratga moyil bo'lgan chegaradir. Qiymat ko'plab elementlarda normal harorat o'zgarishi bilan erishiladi, bu metallarga, shuningdek oddiy birikmalarga tegishli. Qo'rg'oshin va boshqa moddalarning issiqlik sig'imi ham aniqlanadi.

Past haroratlar haqida nima deyish mumkin?

Biz allaqachon issiqlik quvvati nima ekanligini bilamiz, lekin agar bu haqda gapiradigan bo'lsak past haroratlar, keyin qiymat qanday hisoblab chiqiladi? Agar biz past harorat ko'rsatkichlari haqida gapiradigan bo'lsak, unda qattiq jismning issiqlik sig'imi proportsional bo'lib chiqadi. T 3 yoki issiqlik sig'imi Debay qonuni deb ataladi. Farqlashning asosiy mezoni yuqori ishlash past haroratlar, hisoblanadi oddiy taqqoslash ularni ma'lum bir moddaning parametr xarakteristikasi bilan - bu xarakteristikasi yoki Debye harorati bo'lishi mumkin q D . Taqdim etilgan qiymat mahsulotdagi atomlarning tebranish spektri bilan belgilanadi va sezilarli darajada kristall tuzilishga bog'liq.

Metalllarda o'tkazuvchanlik elektronlari issiqlik sig'imiga ma'lum hissa qo'shadi. Issiqlik sig'imining bu qismi elektronlarni hisobga oladigan Fermi-Dirac statistikasi yordamida hisoblanadi. Odatiy issiqlik sig'imi bilan mutanosib bo'lgan metallning elektron issiqlik sig'imi nisbatan kichik qiymatdir va u metallning issiqlik sig'imiga faqat mutlaq nolga yaqin haroratlarda hissa qo'shadi. Keyin panjara issiqlik sig'imi juda kichik bo'ladi va uni e'tiborsiz qoldirish mumkin.

Massa issiqlik sig'imi

Massaning solishtirma issiqlik sig'imi - bu mahsulotni harorat birligiga qizdirish uchun moddaning birlik massasiga keltirilishi kerak bo'lgan issiqlik miqdori. Bu qiymat C harfi bilan belgilanadi va u kelvin uchun kilogrammga bo'lingan joullarda o'lchanadi - J / (kg K). Bu massaning issiqlik sig'imi bilan bog'liq barcha narsa.

Volumetrik issiqlik sig'imi nima?

Volumetrik issiqlik sig'imi - bu birlik haroratda isitish uchun ishlab chiqarish birligiga keltirilishi kerak bo'lgan ma'lum miqdordagi issiqlikdir. U joulga bo'lingan holda o'lchanadi kubometr kelvin yoki J / (m³ K). Ko'pgina qurilish ma'lumotnomalarida ishdagi massa o'ziga xos issiqlik sig'imi hisobga olinadi.

Qurilish sanoatida issiqlik quvvatlarining amaliy qo'llanilishi

Issiqlikka chidamli devorlarni qurishda ko'plab issiqlik talab qiladigan materiallar faol qo'llaniladi. Bu davriy isitish bilan ajralib turadigan uylar uchun juda muhimdir. Masalan, pechka. Issiqlikni talab qiladigan mahsulotlar va ulardan qurilgan devorlar issiqlikni mukammal darajada to'playdi, uni isitish vaqtlarida saqlaydi va tizim o'chirilgandan so'ng issiqlikni asta-sekin chiqarib yuboradi, bu esa kun davomida maqbul haroratni saqlashga imkon beradi.

Shunday qilib, strukturada qancha ko'p issiqlik saqlansa, xonalardagi harorat shunchalik qulay va barqaror bo'ladi.

Shuni ta'kidlash kerakki, uy-joy qurilishida ishlatiladigan oddiy g'isht va beton kengaytirilgan polistirolga qaraganda sezilarli darajada past issiqlik quvvatiga ega. Agar ecowoolni olsak, u betondan uch baravar ko'proq issiqlik iste'mol qiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, issiqlik sig'imini hisoblash formulasida massa borligi bejiz emas. Beton yoki g'ishtning katta massasi tufayli, ecowool bilan solishtirganda, bu tuzilmalarning tosh devorlariga katta miqdorda issiqlik to'plash va barcha kunlik harorat o'zgarishlarini yumshatish imkonini beradi. Hammasi bo'lib faqat kichik izolyatsiya massasi ramka uylari, yaxshi issiqlik quvvatiga qaramay, hamma uchun eng zaif zonadir ramka texnologiyalari. Yechish uchun bu muammo, barcha uylarda ta'sirchan issiqlik akkumulyatorlari o'rnatilgan. Bu nima? Bular juda yaxshi issiqlik sig'imi indeksiga ega bo'lgan katta massa bilan ajralib turadigan tizimli qismlardir.

Hayotdagi issiqlik akkumulyatorlariga misollar

Bu nima bo'lishi mumkin? Masalan, ba'zi ichki g'isht devorlari, katta pechka yoki kamin, beton parda.

Har qanday uy yoki kvartiradagi mebel ajoyib issiqlik akkumulyatoridir, chunki kontrplak, sunta va yog'och, aslida, faqat kilogramm vazniga issiqlikni mashhur g'ishtdan uch baravar ko'p saqlashi mumkin.

Termal saqlashning kamchiliklari bormi? Albatta, bu yondashuvning asosiy kamchiligi shundaki, issiqlik akkumulyatori tartibni yaratish bosqichida loyihalashtirilishi kerak. ramka uyi. Buning hammasi juda og'ir ekanligi bilan bog'liq va poydevor yaratishda buni hisobga olish kerak bo'ladi va keyin bu ob'ektning ichki qismga qanday integratsiya qilinishini tasavvur qiling. Shuni ta'kidlash kerakki, nafaqat massani hisobga olish kerak, balki ishda ikkala xususiyatni ham baholash kerak bo'ladi: massa va issiqlik quvvati. Misol uchun, agar siz issiqlikni saqlash uchun har bir kubometr uchun yigirma tonna ajoyib og'irlikdagi oltindan foydalansangiz, u holda mahsulot ikki yarim tonna og'irlikdagi beton kubdan yigirma uch foizga yaxshiroq ishlaydi.

Qaysi modda issiqlik saqlash uchun eng mos keladi?

eng yaxshi mahsulot issiqlik akkumulyatori uchun umuman beton va g'isht emas! Mis, bronza va temir bu ishni yaxshi bajaradi, lekin ular juda og'ir. G'alati, lekin eng yaxshi issiqlik akkumulyatori suvdir! Suyuqlik ta'sirchan issiqlik quvvatiga ega, bizda mavjud bo'lgan moddalar orasida eng kattasi. Faqat geliy gazlari (5190 J / (kg K) va vodorod (14300 J / (kg K)) ko'proq issiqlik sig'imiga ega, ammo ularni amalda qo'llash muammoli. Agar xohlasangiz va kerak bo'lsa, moddalarning issiqlik sig'imi jadvaliga qarang. senga kerak.

Endi juda muhim termodinamik xarakteristikani kiritamiz issiqlik sig'imi tizimlari(an'anaviy ravishda harf bilan belgilanadi Bilan turli indekslar bilan).

Issiqlik quvvati - qiymat qo'shimcha, bu tizimdagi moddaning miqdoriga bog'liq. Shuning uchun biz ham tanishtiramiz o'ziga xos issiqlik

Maxsus issiqlik moddaning birlik massasiga to'g'ri keladigan issiqlik sig'imi

va molar issiqlik sig'imi

Molar issiqlik sig'imi bir mol moddaning issiqlik sig'imi

Issiqlik miqdori davlat funktsiyasi emasligi va jarayonga bog'liq bo'lganligi sababli, issiqlik sig'imi tizimga issiqlik etkazib berish usuliga ham bog'liq bo'ladi. Buni tushunish uchun termodinamikaning birinchi qonunini eslaylik. Tenglikni bo'lish ( 2.4) mutlaq haroratning elementar ortishiga dT, munosabatni olamiz

Ikkinchi muddat, biz ko'rganimizdek, jarayonning turiga bog'liq. Shuni ta'kidlaymizki, ideal bo'lmagan tizimning umumiy holatida zarralari (molekulalar, atomlar, ionlar va boshqalar) o'zaro ta'sirini e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi (masalan, van der Vaals gazi ko'rib chiqiladigan quyida § 2.5). , ichki energiya nafaqat haroratga, balki tizim hajmiga ham bog'liq. Bu o'zaro ta'sir energiyasi o'zaro ta'sir qiluvchi zarralar orasidagi masofaga bog'liqligi bilan izohlanadi. Tizim hajmi o'zgarganda, zarrachalarning konsentratsiyasi o'zgaradi, mos ravishda ular orasidagi o'rtacha masofa o'zgaradi va natijada o'zaro ta'sir energiyasi va tizimning butun ichki energiyasi o'zgaradi. Boshqacha qilib aytganda, ideal bo'lmagan tizimning umumiy holatida

Shuning uchun, umumiy holatda, birinchi hadni jami hosila sifatida yozib bo'lmaydi, jami hosila hisoblangan doimiy qiymatning qo'shimcha belgisi bilan qisman hosila bilan almashtirilishi kerak. Masalan, izoxorik jarayon uchun:

Yoki izobarik jarayon uchun

Ushbu ifodaga kiritilgan qisman hosila tizim holati tenglamasi yordamida hisoblanadi, deb yoziladi. Masalan, ideal gazning alohida holatida

bu hosila

Issiqlik ta'minoti jarayoniga mos keladigan ikkita maxsus holatni ko'rib chiqamiz:

doimiy hajm;
tizimdagi doimiy bosim.

Birinchi holda, ish dA = 0 va biz issiqlik sig'imini olamiz TARJIMAI HOL doimiy hajmdagi ideal gaz:

Yuqoridagi shartni hisobga olgan holda, ideal bo'lmagan tizim munosabati uchun (2.19) quyidagi shaklda yozilishi kerak. umumiy ko'rinish

O'zgartirish 2.7 ustida va ustida, biz darhol olamiz:

Ideal gazning issiqlik sig'imini hisoblash p bilan doimiy bosimda ( dp=0) tenglamadan shuni hisobga olamiz ( 2.8) haroratning cheksiz kichik o'zgarishi bilan elementar ish uchun ifodadan keyin

Biz oxiriga yetamiz

Ushbu tenglamani tizimdagi moddaning mollari soniga bo'linib, biz doimiy hajm va bosimdagi molyar issiqlik sig'imlari uchun shunga o'xshash munosabatni olamiz. Mayer nisbati

Malumot uchun umumiy formula- ixtiyoriy tizim uchun - izoxorik va izobar issiqlik sig'imlarini ulash:

Ushbu formuladan (2.20) va (2.21) ifodalar unga ifodani almashtirish orqali olinadi. ichki energiya ideal gaz va uning holat tenglamasidan foydalanish (yuqoriga qarang):

Doimiy bosimdagi ma'lum bir massa massasining issiqlik sig'imi doimiy hajmdagi issiqlik sig'imidan kattaroqdir, chunki kirish energiyasining bir qismi ishni bajarishga sarflanadi va bir xil isitish uchun ko'proq issiqlik talab qilinadi. E'tibor bering, (2.21) dan kelib chiqadi jismoniy ma'no gaz doimiysi:

Shunday qilib, issiqlik sig'imi nafaqat moddaning turiga, balki harorat o'zgarishi jarayoni sodir bo'lgan sharoitlarga ham bog'liq bo'ladi.

Ko'rib turganimizdek, ideal gazning izoxorik va izobar issiqlik sig'imlari gaz haroratiga bog'liq emas, haqiqiy moddalar uchun esa bu issiqlik sig'imlari, umuman olganda, haroratning o'ziga ham bog'liq. T.

Ideal gazning izoxorik va izobar issiqlik sig'imlarini yuqorida olingan formulalar yordamida bevosita umumiy ta'rifdan ham olish mumkin ( 2.7) va (2.10 ) bu jarayonlarda ideal gaz tomonidan olingan issiqlik miqdori uchun.

Izoxorik jarayon uchun ifoda TARJIMAI HOL dan kelib chiqadi ( 2.7):

Izobar jarayon uchun ifoda C p(2.10) dan kelib chiqadi:

Uchun molyar issiqlik sig'imlari demak, quyidagi ifodalar olinadi

Issiqlik sig'imlarining nisbati adiabatik indeksga teng:

Termodinamik darajada raqamli qiymatni oldindan aytib bo'lmaydi g; Biz buni faqat tizimning mikroskopik xususiyatlarini hisobga olgan holda amalga oshirishga muvaffaq bo'ldik (qarang ifoda (1.19 ), shuningdek () 1.28) gazlar aralashmasi uchun). (1.19) va (2.24) formulalardan gazlarning molyar issiqlik sig'imlari va adiabatik ko'rsatkichlari uchun nazariy bashorat qilinadi.

Monatomik gazlar (i = 3):

Ikki atomli gazlar (i = 5):

Ko'p atomli gazlar (i = 6):

uchun eksperimental ma'lumotlar turli moddalar 1-jadvalda keltirilgan.

1-jadval

Modda			g

Bu aniq oddiy model ideal gazlar Haqiqiy gazlarning xossalarini umuman yaxshi tasvirlaydi. E'tibor bering, kelishuv gaz molekulalarining tebranish erkinlik darajalarini hisobga olmagan holda olingan.

Biz ba'zi metallarning molyar issiqlik sig'imi qiymatlarini ham berdik xona harorati. Tasavvur qilsangiz kristall panjara metall buloqlar bilan qo'shni sharlarga bog'langan tartibli qattiq sharlar to'plami sifatida, keyin har bir zarracha faqat uchta yo'nalishda tebranishi mumkin ( men hisoblayman = 3), va har bir bunday erkinlik darajasi kinetik bilan bog'liq k V T/2 va bir xil potentsial energiya. Shuning uchun kristall zarracha ichki (tebranish) energiyaga ega k V T. Avogadro raqamiga ko'paytirib, biz bir molning ichki energiyasini olamiz

molyar issiqlik sig'imining qiymati qayerdan kelib chiqadi

(Qattiq jismlarning kichik termal kengayish koeffitsienti tufayli ular farq qilmaydi p bilan va tarjimai hol). Qattiq jismlarning molyar issiqlik sig'imi uchun yuqoridagi munosabat deyiladi Dulong va Petit qonuni, va jadval hisoblangan qiymatning yaxshi mosligini ko'rsatadi

tajriba bilan.

Yuqoridagi nisbatlar va eksperimental ma'lumotlar o'rtasidagi yaxshi kelishuv haqida gapirganda, u faqat ma'lum bir harorat oralig'ida kuzatilishini ta'kidlash kerak. Boshqacha qilib aytganda, tizimning issiqlik quvvati haroratga bog'liq bo'lib, formulalar (2.24) cheklangan doiraga ega. Birinchi rasmni ko'rib chiqing. 2.10, bu issiqlik sig'imining eksperimental bog'liqligini ko'rsatadi televizor bilan mutlaq haroratdan vodorod gazi T.

Guruch. 2.10. Haroratga bog'liq holda doimiy hajmdagi gazsimon vodorod N2 ning molyar issiqlik sig'imi (tajriba ma'lumotlari)

Quyida, qisqalik uchun, ma'lum harorat oralig'ida molekulalarda ma'lum erkinlik darajalarining yo'qligi haqida gapiramiz. Yana bir bor eslaymizki, biz aslida quyidagilar haqida gapiramiz. Kvant sabablarga ko'ra, gazning ichki energiyasiga nisbiy hissa ba'zi turlari Harakat haqiqatan ham haroratga bog'liq va ma'lum harorat oralig'ida shunchalik kichik bo'lishi mumkinki, tajribada - har doim cheklangan aniqlik bilan amalga oshiriladi - sezilmaydi. Tajriba natijasi shunday ko'rinadiki, bu harakat turlari mavjud emas va tegishli erkinlik darajalari yo'q. Erkinlik darajalarining soni va tabiati molekulaning tuzilishi va bizning makonimizning uch o'lchovliligi bilan belgilanadi - ular haroratga bog'liq bo'lishi mumkin emas.

Ichki energiyaga hissasi haroratga bog'liq va kichik bo'lishi mumkin.

Past haroratlarda 100 K issiqlik sig'imi

bu molekulada aylanish va tebranish erkinlik darajasining yo'qligini ko'rsatadi. Bundan tashqari, harorat oshishi bilan issiqlik sig'imi tezda klassik qiymatga oshadi

xususiyati ikki atomli molekula qattiq aloqa bilan, unda tebranish erkinlik darajalari mavjud emas. Yuqori haroratlarda 2000 K issiqlik sig'imi qiymatga yangi sakrashni kashf etadi

Bu natija tebranish erkinlik darajalarining ko'rinishini ham ko'rsatadi. Ammo bularning barchasi hali ham tushunarsiz ko'rinadi. Nima uchun molekula past haroratlarda aylana olmaydi? Va nima uchun molekuladagi tebranishlar faqat juda yuqori haroratlarda sodir bo'ladi? Oldingi bobda ushbu xatti-harakatning kvant sabablari haqida qisqacha sifatli muhokama qilingan. Va endi biz faqat takrorlashimiz mumkinki, hamma narsa klassik fizika nuqtai nazaridan tushuntirib bo'lmaydigan aniq kvant hodisalariga to'g'ri keladi. Ushbu hodisalar kursning keyingi bo'limlarida batafsil muhokama qilinadi.

qo'shimcha ma'lumot

http://www.plib.ru/library/book/14222.html - Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Fizika, fan bo'yicha qo'llanma, 1977 yil - 236-bet - ba'zi o'ziga xos gazlar uchun molekulalarning tebranish va aylanish erkinlik darajalarining xarakterli "yoqish" haroratlari jadvali;

Endi anjirga murojaat qilaylik. 2.11, uchta molyar issiqlik sig'imlarining bog'liqligini ifodalaydi kimyoviy elementlar(kristallar) haroratda. Yuqori haroratlarda barcha uchta egri chiziq bir xil qiymatga intiladi

Dulong va Petit qonunlariga mos keladi. Qo'rg'oshin (Pb) va temir (Fe) deyarli xona haroratida bu cheklovchi issiqlik quvvatiga ega.

Guruch. 2.11. Uchta kimyoviy element - qo'rg'oshin, temir va uglerod (olmos) kristallari uchun molyar issiqlik sig'imining haroratga bog'liqligi.

Olmos (C) uchun bu harorat hali etarlicha yuqori emas. Va past haroratlarda, barcha uch egri Dulong va Petit qonunidan sezilarli og'ish ko'rsatadi. Bu moddaning kvant xususiyatlarining yana bir ko'rinishi. Klassik fizika past haroratlarda kuzatilgan ko'plab qonuniyatlarni tushuntirishga ojiz bo'lib chiqdi.

qo'shimcha ma'lumot

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm - J. de Boer Molekulyar fizika va termodinamikaga kirish, Ed. IL, 1962 - 106-107-betlar, I qism, § 12 - mutlaq nolga yaqin haroratlarda metallarning issiqlik sig'imiga elektronlarning hissasi;

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. Siz fizikani bilasizmi? "Kvant" kutubxonasi, 82-son, Fan, 1992 yil. Sahifa 132, 137-savol: qaysi jismlar eng yuqori issiqlik sig'imiga ega (151-betdagi javobga qarang);

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. Siz fizikani bilasizmi? "Kvant" kutubxonasi, 82-son, Fan, 1992 yil. Sahifa 132, 135-savol: suvni uchta holatda - qattiq, suyuq va bug'da isitish haqida (151-betdagi javobga qarang);

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1478.html - jismoniy entsiklopediya. Kalorimetriya. Issiqlik quvvatlarini o'lchash usullari tasvirlangan.

Bugungi darsimizda biz moddaning solishtirma issiqlik sig'imi kabi fizik tushuncha bilan tanishamiz. Bunga bog'liqligini bilamiz kimyoviy xossalari moddalar, va jadvallarda topish mumkin, uning qiymati, turli moddalar uchun har xil bo'ladi. Keyin biz o'lchov birliklarini va solishtirma issiqlik sig'imini topish formulasini bilib olamiz, shuningdek, moddalarning issiqlik xususiyatlarini ularning solishtirma issiqlik sig'imi qiymati bo'yicha tahlil qilishni o'rganamiz.

Kalorimetr(latdan. kaloriya- issiq va metr- o'lchov) - har qanday fizik, kimyoviy yoki biologik jarayonda chiqarilgan yoki so'rilgan issiqlik miqdorini o'lchash uchun qurilma. «Kalorimetr» atamasi A.Lavuazye va P.Laplas tomonidan taklif qilingan.

Kalorimetr qopqoq, ichki va tashqi oynadan iborat. Kalorimetrni loyihalashda kichikroq va kattaroq tomirlar o'rtasida havo qatlami mavjudligi juda muhim, bu past issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli tarkib va tashqi muhit o'rtasida yomon issiqlik o'tkazuvchanligini ta'minlaydi. Ushbu dizayn kalorimetrni o'ziga xos termos sifatida ko'rib chiqishga va ta'sirlardan deyarli xalos bo'lishga imkon beradi. tashqi muhit kalorimetr ichidagi issiqlik uzatish jarayonlarining borishi bo'yicha.

Kalorimetr o'ziga xos issiqlik sig'imlarini va jismlarning boshqa termal parametrlarini jadvalda ko'rsatilganidan ko'ra aniqroq o'lchash uchun mo'ljallangan.

Izoh. Shuni ta'kidlash kerakki, biz tez-tez ishlatadigan issiqlik miqdori kabi tushunchani tananing ichki energiyasi bilan aralashtirib yubormaslik kerak. Issiqlik miqdori uning o'ziga xos qiymatini emas, balki ichki energiyaning o'zgarishini aniq belgilaydi.

E'tibor bering, turli moddalarning solishtirma issiqlik sig'imi har xil bo'lib, buni jadvaldan ko'rish mumkin (3-rasm). Masalan, oltinning o'ziga xos issiqlik sig'imi bor. Yuqorida aytib o'tganimizdek, bu o'ziga xos issiqlik sig'imining jismoniy ma'nosi 1 kg oltinni 1 ° C ga qizdirish uchun uni 130 J issiqlik bilan ta'minlash kerakligini anglatadi (5-rasm).

Guruch. 5. Oltinning solishtirma issiqlik sig'imi

Keyingi darsda biz issiqlik miqdorini qanday hisoblashni muhokama qilamiz.

Roʻyxatadabiyot

Gendenshteyn L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizika 8. - M.: Mnemosin.
Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Ma'rifat.