Képlet a hőmennyiségre vízmelegítéskor. A hőmennyiség. Hőmérleg-egyenlet

(vagy hőátadás).

Egy anyag fajlagos hőkapacitása.

Hőkapacitás- ez az a hőmennyiség, amelyet egy test 1 fokkal felmelegítve vesz fel.

Egy test hőkapacitását a tőke jelzi latin betű VAL VEL.

Mitől függ egy test hőkapacitása? Először is a tömegétől. Nyilvánvaló, hogy például 1 kilogramm víz felmelegítéséhez több hőre lesz szükség, mint 200 grammra.

Mi a helyzet az anyag típusával? Végezzünk egy kísérletet. Vegyünk két egyforma edényt, és miután az egyikbe 400 g-os vizet, a másikba pedig 400 g-os növényi olajat öntünk, elkezdjük melegíteni őket azonos égőkkel. A hőmérő állásait megfigyelve látni fogjuk, hogy az olaj gyorsan felmelegszik. A víz és az olaj azonos hőmérsékletű felmelegítéséhez a vizet tovább kell melegíteni. De minél tovább melegítjük a vizet, annál több hőt kap az égőtől.

Tehát ugyanazon tömegű különböző anyagok azonos hőmérsékletre való melegítéséhez szükséges különböző mennyiségben melegség. A test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség, és ezáltal a hőkapacitása a testet alkotó anyag típusától függ.

Így például az 1 kg tömegű víz hőmérsékletének 1°C-kal történő növeléséhez 4200 J hőmennyiség szükséges, és ugyanezt a tömeget 1°C-kal kell felmelegíteni. napraforgóolaj a szükséges hőmennyiség 1700 J.

Olyan fizikai mennyiséget nevezünk, amely megmutatja, hogy mennyi hő szükséges 1 kg anyag 1 °C-os felmelegítéséhez fajlagos hőkapacitás ennek az anyagnak.

Minden anyagnak megvan a maga fajlagos hőkapacitása, amelyet a latin c betűvel jelölünk, és joule per kilogramm fokban mérjük (J/(kg °C)).

Ugyanazon anyag fajlagos hőkapacitása különböző aggregációs állapotokban (szilárd, folyékony és gázhalmazállapotú) eltérő. Például a víz fajlagos hőkapacitása 4200 J/(kg °C), a jég fajlagos hőkapacitása 2100 J/(kg °C); Az alumínium szilárd állapotban 920 J/(kg - °C), folyékony állapotban pedig 1080 J/(kg - °C) fajlagos hőkapacitású.

Vegye figyelembe, hogy a víz nagyon nagy fajlagos hőkapacitású. Ezért a tengerekben és óceánokban nyáron felmelegedő víz felszívódik a levegőből nagyszámú hőség. Ennek köszönhetően azokon a helyeken, amelyek nagy víztestek közelében helyezkednek el, a nyár nem olyan meleg, mint a víztől távol eső helyeken.

A test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség kiszámítása.

A fentiekből kitűnik, hogy a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség függ attól, hogy a test milyen anyagból áll (azaz fajlagos hőkapacitásától), valamint a test tömegétől. Az is világos, hogy a hőmennyiség attól függ, hogy hány fokkal emeljük a testhőmérsékletet.

Tehát a test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség meghatározásához meg kell szorozni a test fajlagos hőkapacitását a tömegével, valamint a végső és a kezdeti hőmérséklet különbségével:

K = cm (t 2 - t 1 ) ,

Ahol K- hőmennyiség, c— fajlagos hőkapacitás, m- testtömeg, t 1 - kezdeti hőmérséklet, t 2 - végső hőmérséklet.

Amikor a test felmelegszik t 2 > t 1 és ezért K > 0 . Amikor a test lehűl t 2i< t 1 és ezért K< 0 .

Ha ismert az egész test hőkapacitása VAL VEL, K képlet határozza meg:

Q = C (t 2 - t 1 ) .

Hőkapacitás- ennyi hőt vesz fel a szervezet 1 fokos melegítéskor.

A test hőkapacitását nagy latin betű jelzi VAL VEL.

Mitől függ egy test hőkapacitása? Először is a tömegétől. Nyilvánvaló, hogy például 1 kilogramm víz felmelegítéséhez több hőre lesz szükség, mint 200 grammra.

Mi a helyzet az anyag típusával? Végezzünk egy kísérletet. Vegyünk két egyforma edényt, és miután az egyikbe 400 g-os vizet, a másikba pedig 400 g-os növényi olajat öntünk, elkezdjük melegíteni őket azonos égőkkel. A hőmérő állásait megfigyelve látni fogjuk, hogy az olaj gyorsan felmelegszik. A víz és az olaj azonos hőmérsékletű felmelegítéséhez a vizet tovább kell melegíteni. De minél tovább melegítjük a vizet, annál több hőt kap az égőtől.

Így különböző mennyiségű hő szükséges ugyanazon tömegű anyagok azonos hőmérsékletre történő felmelegítéséhez. A test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség, és ezáltal a hőkapacitása a testet alkotó anyag típusától függ.

Tehát például az 1 kg tömegű víz hőmérsékletének 1°C-kal történő növeléséhez 4200 J hőmennyiség szükséges, és ugyanennyi napraforgóolaj 1°C-os felmelegítéséhez annyi hőmennyiség 1700 J szükséges.

Olyan fizikai mennyiséget nevezünk, amely megmutatja, hogy mennyi hő szükséges 1 kg anyag 1 °C-os felmelegítéséhez fajlagos hőkapacitás ennek az anyagnak.

Minden anyagnak megvan a maga fajlagos hőkapacitása, amelyet a latin c betűvel jelölünk, és joule per kilogramm fokban mérjük (J/(kg °C)).

Ugyanazon anyag fajlagos hőkapacitása különböző aggregációs állapotokban (szilárd, folyékony és gázhalmazállapotú) eltérő. Például a víz fajlagos hőkapacitása 4200 J/(kg °C), a jég fajlagos hőkapacitása 2100 J/(kg °C); Az alumínium szilárd állapotban 920 J/(kg - °C), folyékony állapotban pedig 1080 J/(kg - °C) fajlagos hőkapacitású.

Vegye figyelembe, hogy a víz nagyon nagy fajlagos hőkapacitású. Ezért a tengerek és óceánok vize, amely nyáron felmelegszik, nagy mennyiségű hőt nyel el a levegőből. Ennek köszönhetően azokon a helyeken, amelyek nagy víztestek közelében helyezkednek el, a nyár nem olyan meleg, mint a víztől távol eső helyeken.

A test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség kiszámítása.

A fentiekből kitűnik, hogy a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség függ attól, hogy a test milyen anyagból áll (azaz fajlagos hőkapacitásától), valamint a test tömegétől. Az is világos, hogy a hőmennyiség attól függ, hogy hány fokkal emeljük a testhőmérsékletet.

Tehát a test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség meghatározásához meg kell szorozni a test fajlagos hőkapacitását a tömegével, valamint a végső és a kezdeti hőmérséklet különbségével:

K= cm (t 2 - t 1),

Ahol K- hőmennyiség, c- fajlagos hőkapacitás, m- testtömeg, t 1- kezdeti hőmérséklet, t 2- végső hőmérséklet.

Amikor a test felmelegszik t 2> t 1és ezért K >0 . Amikor a test lehűl t 2i< t 1és ezért K< 0 .

Ha ismert az egész test hőkapacitása VAL VEL, K képlet határozza meg: Q = C (t 2 - t 1).

22) Olvadás: definíció, olvadási vagy megszilárdulási hőmennyiség, fajolvadási hő, t 0 (Q) grafikonja.

Termodinamika

Fejezet molekuláris fizika, amely az energiaátvitelt, egyes energiafajták mássá való átalakulásának mintázatait vizsgálja. A molekuláris kinetikai elmélettel ellentétben a termodinamika nem veszi figyelembe az anyagok és a mikroparaméterek belső szerkezetét.

Termodinamikai rendszer

Olyan testek gyűjteménye, amelyek energiát cserélnek (munka vagy hő formájában) egymással vagy egymással környezet. Például a vízforralóban lehűl a víz, és a víz és a vízforraló között hőcsere történik, a vízforraló hője pedig a környezettel. Henger gázzal a dugattyú alatt: a dugattyú munkát végez, melynek eredményeként a gáz energiát kap, és makroparaméterei megváltoznak.

A hőmennyiség

Ez energia, amelyet a rendszer a hőcsere folyamata során fogad vagy bocsát ki. A Q szimbólummal jelölve, mint minden energiát, Joule-ban mérik.

A különféle hőcserélő folyamatok eredményeként az átvitt energia a maga módján meghatározódik.

Fűtés és hűtés

Ezt a folyamatot a rendszer hőmérsékletének változása jellemzi. A hőmennyiséget a képlet határozza meg

Egy anyag fajlagos hőkapacitása a felmelegedéshez szükséges hőmennyiséggel mérve tömegegységek ebből az anyagból 1 ezerrel. 1 kg pohár vagy 1 kg víz felmelegítése eltérő mennyiségű energiát igényel. A fajhőkapacitás egy ismert mennyiség, már minden anyagra kiszámítva, az értéket lásd a fizikai táblázatokban.

A C anyag hőkapacitása- ez az a hőmennyiség, amely egy test felmelegítéséhez szükséges anélkül, hogy figyelembe vennénk a tömegét 1K-val.

Olvadás és kristályosodás

Az olvadás az anyag átmenete szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba. A fordított átmenetet kristályosodásnak nevezzük.

Az energia, amelyet a pusztításra fordítanak kristályrács képlet által meghatározott anyagok

Fajlagos hő Az olvadás minden anyagnál ismert érték; lásd az értéket a fizikai táblázatokban.

Párolgás (párolgás vagy forralás) és kondenzáció

A párologtatás egy anyag folyékony (szilárd) halmazállapotból gáz halmazállapotba való átmenete. Fordított folyamat kondenzációnak nevezik.

A fajlagos párolgási hő minden anyagnál ismert érték, lásd az értéket a fizikai táblázatokban.

Égés

Az anyag égésekor felszabaduló hőmennyiség

A fajlagos égéshő minden anyagnál ismert érték, lásd az értéket a fizikai táblázatokban.

Zárt és adiabatikusan izolált testrendszer esetén az egyenlet teljesül hőegyensúly. Algebrai összeg a hőcserében részt vevő összes szervezet által adott és kapott hőmennyiség nulla:

Q 1 +Q 2 +...+Q n =0

23) A folyadékok szerkezete. Felszíni réteg. Felületi feszültségi erő: megnyilvánulási példák, számítások, felületi feszültségi együttható.

Időről időre bármely molekula egy közeli üres helyre költözhet. Az ilyen ugrások a folyadékokban meglehetősen gyakran előfordulnak; ezért a molekulák nincsenek meghatározott központokhoz kötve, mint a kristályoknál, és a folyadék teljes térfogatában mozoghatnak. Ez magyarázza a folyadékok folyékonyságát. A szorosan elhelyezkedő molekulák közötti erős kölcsönhatás miatt több molekulát tartalmazó lokális (instabil) rendezett csoportokat alkothatnak. Ezt a jelenséget az ún zárja a rendet(3.5.1. ábra).

A β együtthatót ún hőmérsékleti együttható térfogati bővítés . Ez az együttható folyadékoknál több tízszer nagyobb, mint szilárd anyagoknál. Víznél például 20 °C hőmérsékleten β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, acélnál β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, kvarcüvegnél β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .

A víz hőtágulásának érdekes és fontos anomáliája van a földi élet szempontjából. 4 °C alatti hőmérsékleten a víz a hőmérséklet csökkenésével kitágul (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Amikor a víz megfagy, kitágul, így a jég lebegve marad a fagyos víztest felszínén. A fagyos víz hőmérséklete a jég alatt 0 °C. A tározó alján lévő sűrűbb vízrétegekben a hőmérséklet körülbelül 4 °C. Ennek köszönhetően a fagyos tározók vizében is létezhet élet.

A legtöbb érdekes tulajdonság folyadékok jelenléte szabad felület . A folyadék, ellentétben a gázokkal, nem tölti ki a tartály teljes térfogatát, amelybe öntik. A folyadék és a gáz (vagy gőz) között határfelület képződik, amely a folyadék többi részéhez képest speciális körülmények között van. nem vezet észrevehető változáshoz a folyadék térfogatában. Ha egy molekula a felszínről a folyadékba kerül, az intermolekuláris kölcsönhatás erői pozitív munkát végeznek. Éppen ellenkezőleg, annak érdekében, hogy bizonyos számú molekulát a folyadék mélyéről a felszínre húzzanak (azaz növeljék a folyadék felületét), a külső erőknek pozitív munkát kell végezniük Δ A külső, a Δ változással arányos S felszíni terület:

A mechanikából ismert, hogy egy rendszer egyensúlyi állapotai megfelelnek a minimális értékének helyzeti energia. Ebből következik, hogy szabad felület folyadék hajlamos csökkenteni a területét. Emiatt egy szabad csepp folyadék gömb alakú. A folyadék úgy viselkedik, mintha a felületére érintőlegesen ható erők összehúznák (húznák) ezt a felületet. Ezeket az erőket ún felületi feszültségi erők .

A felületi feszültségi erők jelenléte a folyadék felületét rugalmas feszített fóliához hasonlítja, azzal az egyetlen különbséggel, hogy a filmben lévő rugalmas erők a felületétől (azaz attól, hogy a film deformálódik) és a felületi feszültségtől függenek. erők ne függj a folyadék felületén.

Egyes folyadékok, például a szappanos víz, képesek vékony filmeket képezni. A jól ismert szappanbuborékok szabályos gömb alakúak - ez is mutatja a felületi feszültségi erők hatását. Ha be szappanos oldat engedje le a drótvázat, amelynek egyik oldala mozgatható, ekkor az egész keretet egy folyadékfilm borítja (3.5.3. ábra).

A felületi feszültségek csökkentik a film felületét. A keret mozgó oldalának kiegyensúlyozásához alkalmazni kell külső erő Ha egy erő hatására a keresztrúd Δ-vel elmozdul x, akkor a Δ munka kerül végrehajtásra A vn = F vn Δ x = Δ E p = σΔ S, ahol Δ S = 2LΔ x– a szappanfólia mindkét oldalának felületének növekedése. Mivel az és az erők modulusai megegyeznek, a következőket írhatjuk:

Így a σ felületi feszültség együttható a következőképpen definiálható a felületet határoló vonal egységnyi hosszára ható felületi feszültségi erő modulusa.

Folyadékcseppekben és belsejében fellépő felületi feszültségi erők hatása miatt szappanbuborékokΔ túlnyomás lép fel p. Ha gondolatban levág egy gömb alakú sugarú cseppet R két felére, akkor mindegyiknek egyensúlyban kell lennie a 2π hosszúságú vágási határfelületre ható felületi feszültség hatására. Rés erőt túlnyomás, a π területre ható R 2 szakasz (3.5.4. ábra). Az egyensúlyi feltételt így írjuk le

Ha ezek az erők nagyobbak, mint a folyadék molekulái közötti kölcsönhatás erői, akkor a folyadéké nedves felület szilárd. Ebben az esetben a folyadék bizonyos fokig megközelíti a szilárd test felületét hegyesszögθ, adott folyadék-szilárd anyag párra jellemző. A θ szöget nevezzük érintkezési szög . Ha a folyékony molekulák közötti kölcsönhatás erői meghaladják a szilárd molekulákkal való kölcsönhatás erőit, akkor a θ érintkezési szög tompaszögűnek bizonyul (3.5.5. ábra). Ebben az esetben azt mondják, hogy a folyadék nem nedvesít szilárd anyag felülete. Nál nél teljes nedvesítésθ = 0, at teljes nem nedvesedésθ = 180°.

Kapilláris jelenségek a folyadék felemelkedésének vagy süllyedésének nevezik kis átmérőjű csövekben - hajszálerek. A nedvesítő folyadékok a kapillárisokon keresztül felszállnak, a nem nedvesítő folyadékok leszállnak.

ábrán. A 3.5.6 egy bizonyos sugarú kapilláris csövet mutat r, alsó végén ρ sűrűségű nedvesítő folyadékká süllyesztve. A kapilláris felső vége nyitott. A folyadék emelkedése a kapillárisban addig tart, amíg a kapillárisban lévő folyadékoszlopra ható gravitációs erő egyenlővé nem válik az eredővel. F n a folyadéknak a kapilláris felületével való érintkezésének határa mentén ható felületi feszültségek: F t = F n, hol F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Ez a következőket jelenti:

Teljes nem nedvesedés esetén θ = 180°, cos θ = –1, és ezért h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

A víz szinte teljesen átnedvesíti a tiszta üvegfelületet. Éppen ellenkezőleg, a higany nem nedvesíti át teljesen az üvegfelületet. Ezért az üvegkapilláris higanyszintje az edény szintje alá csökken.

24) Párolgás: meghatározás, típusok (párolgás, forralás), párolgási és kondenzációs hőmennyiség számítása, párolgási fajhő.

Párolgás és kondenzáció. A párolgás jelenségének magyarázata az anyag molekulaszerkezetére vonatkozó elképzelések alapján. Fajlagos párolgási hő. Az egységei.

A folyadék gőzzé alakulásának jelenségét ún párologtatás.

Párolgás - nyílt felületről fellépő párologtatási folyamat.

A folyékony molekulák együtt mozognak különböző sebességgel. Ha bármely molekula a folyadék felszínén köt ki, az legyőzheti a szomszédos molekulák vonzerejét, és kirepülhet a folyadékból. A kilökődött molekulák gőzt képeznek. A folyadék maradék molekulái ütközéskor sebességet változtatnak. Ugyanakkor egyes molekulák olyan sebességre tesznek szert, amely elegendő ahhoz, hogy kirepüljön a folyadékból. Ez a folyamat folytatódik, így a folyadékok lassan elpárolognak.

*A párolgás sebessége a folyadék típusától függ. Azok a folyadékok, amelyek molekuláit kisebb erővel vonzzák, gyorsabban párolognak el.

*A párolgás bármely hőmérsékleten előfordulhat. De magas hőmérsékleten a párolgás gyorsabban megy végbe .

*A párolgás sebessége a felületétől függ.

*A széllel (levegőáramlással) gyorsabban megy végbe a párolgás.

A párolgás során a belső energia csökken, mert A párolgás során a folyadék gyors molekulákat hagy el, ezért átlagsebesség a fennmaradó molekulák csökkennek. Ez azt jelenti, hogy ha nincs kívülről beáramló energia, akkor a folyadék hőmérséklete csökken.

A gőz folyadékká alakulásának jelenségét ún páralecsapódás. Energiák felszabadulásával jár együtt.

A páralecsapódás magyarázza a felhők képződését. A talaj fölé emelkedő vízgőz a levegő felső hidegrétegeiben felhőket képez, amelyek apró vízcseppekből állnak.

Fajlagos párolgási hő – fizikai egy érték, amely megmutatja, hogy mennyi hő szükséges ahhoz, hogy egy 1 kg tömegű folyadékot gőzzé alakítsunk a hőmérséklet változtatása nélkül.

Ud. párolgási hő L betűvel jelöljük és J/kg-ban mérjük

Ud. víz párolgási hője: L=2,3×10 6 J/kg, alkohol L=0,9×10 6

A folyadék gőzzé alakításához szükséges hőmennyiség: Q = Lm

Ebben a leckében megtanuljuk, hogyan kell kiszámítani a test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiséget. Ehhez összefoglaljuk az előző leckéken elsajátított ismereteket.

Ezenkívül megtanuljuk a hőmennyiség képletével kifejezni a fennmaradó mennyiségeket ebből a képletből, és más mennyiségek ismeretében kiszámítani azokat. A hőmennyiség kiszámítására szolgáló megoldással kapcsolatos probléma példáját is figyelembe kell venni.

Ezt a leckét a test felmelegedésekor vagy lehűtésekor felszabaduló hőmennyiség kiszámítására szolgál.

Számítási képesség szükséges mennyiség nagyon fontos a melegség. Erre például akkor lehet szükség, amikor kiszámolják azt a hőmennyiséget, amelyet a helyiség fűtéséhez a víznek kell átadni.

Rizs. 1. Az a hőmennyiség, amelyet át kell adni a víznek a helyiség fűtéséhez

Vagy a különféle motorokban az üzemanyag elégetésekor felszabaduló hőmennyiség kiszámításához:

Rizs. 2. Az a hőmennyiség, amely felszabadul, amikor az üzemanyag eléget a motorban

Erre az ismeretre van szükség például a Nap által kibocsátott és a Földre eső hőmennyiség meghatározásához is:

Rizs. 3. A Nap által kibocsátott és a Földre eső hőmennyiség

A hőmennyiség kiszámításához három dolgot kell tudnod (4. ábra):

• testtömeg (amely általában mérleg segítségével mérhető);
• az a hőmérséklet-különbség, amellyel a testet fel kell melegíteni vagy hűteni (általában hőmérővel mérik);
• a test fajlagos hőkapacitása (mely a táblázatból határozható meg).

Rizs. 4. Mit kell tudni a megállapításhoz

A hőmennyiség kiszámításának képlete a következőképpen néz ki:

Ebben a képletben a következő mennyiségek jelennek meg:

A joule-ban mért hőmennyiség (J);

Egy anyag fajlagos hőkapacitását mértékegységben mérik;

- hőmérséklet-különbség, Celsius fokban mérve ().

Tekintsük a hőmennyiség kiszámításának problémáját.

Feladat

Egy gramm tömegű rézüveg liter térfogatú vizet tartalmaz hőmérsékleten. Mennyi hőt kell átadni egy pohár víznek, hogy a hőmérséklete egyenlő legyen?

Rizs. 5. A problémakörülmények szemléltetése

Először is írjuk le rövid állapotú (Adott) és konvertálja át az összes mennyiséget a nemzetközi rendszerbe (SI).

Adott:	SI
Megtalálja:

Megoldás:

Először is határozzuk meg, milyen más mennyiségekre van szükségünk a probléma megoldásához. A fajlagos hőkapacitás táblázatát (1. táblázat) felhasználva találjuk (a réz fajhőkapacitása, mivel feltétel szerint az üveg réz), (a víz fajhőkapacitása, mivel feltétel szerint víz van az üvegben). Ráadásul tudjuk, hogy a hőmennyiség kiszámításához víztömegre van szükségünk. A feltétel szerint csak a kötetet adjuk meg. Ezért a táblázatból vesszük a víz sűrűségét: (2. táblázat).

asztal 1. Egyes anyagok fajlagos hőkapacitása,

asztal 2. Egyes folyadékok sűrűsége

Most minden megvan, ami a probléma megoldásához szükséges.

Vegye figyelembe, hogy a végső hőmennyiség a rézüveg felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség és a benne lévő víz felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség összegéből áll:

Először számítsuk ki a rézüveg felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséget:

A víz felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség kiszámítása előtt számítsuk ki a víz tömegét a 7. osztályból ismert képlettel:

Most kiszámolhatjuk:

Akkor kiszámolhatjuk:

Emlékezzünk, mit jelent a kilojoule. A "kilo" előtag azt jelenti .

Válasz:.

Az ehhez a fogalomhoz kapcsolódó hőmennyiség (úgynevezett közvetlen problémák) és mennyiségek meghatározásával kapcsolatos problémák megoldásának kényelme érdekében az alábbi táblázatot használhatja.

Szükséges mennyiség	Kijelölés	Egységek	Alapképlet	A mennyiség képlete
A hőmennyiség

A hőmennyiség fogalma a modern fizika fejlődésének korai szakaszában alakult ki, amikor még nem voltak egyértelmű elképzelések arról, belső szerkezet anyagok, mi az energia, milyen energiaformák léteznek a természetben és az energia, mint az anyag mozgásának és átalakulásának formája.

A hőmennyiség alatt a hőcsere során az anyagi testnek átadott energiával egyenértékű fizikai mennyiséget értünk.

A hő elavult mértékegysége a kalória, amely 4,2 J, ma ezt a mértékegységet gyakorlatilag nem használják, és a joule vette át a helyét.

Kezdetben azt feltételezték, hogy a hőenergia hordozója valami teljesen súlytalan, folyadék tulajdonságaival rendelkező közeg. A hőátadás számos fizikai problémáját megoldották és jelenleg is e feltevés alapján oldják meg. A hipotetikus kalória megléte sok alapvetően helyes konstrukció alapja volt. Úgy gondolták, hogy a kalória felszabadul és felszívódik a melegítés és hűtés, az olvadás és a kristályosodás jelenségeiben. A hőátadási folyamatok helyes egyenleteit helytelen fizikai fogalmak alapján kaptuk meg. Ismert egy törvény, amely szerint a hőmennyiség egyenesen arányos a hőcserében részt vevő test tömegével és a hőmérsékleti gradienssel:

Ahol Q a hőmennyiség, m a testtömeg és az együttható Val vel– fajlagos hőkapacitásnak nevezett mennyiség. A fajlagos hőkapacitás egy folyamatban részt vevő anyag jellemzője.

Termodinamikai munka

A termikus folyamatok eredményeként tiszta gépészeti munka. Például, amikor egy gáz felmelegszik, növeli a térfogatát. Vegyünk egy olyan helyzetet, mint az alábbi képen:

BAN BEN ebben az esetben mechanikai munka lesz egyenlő erősségű a dugattyúra ható gáznyomás szorozva a dugattyú által nyomás alatt megtett távolsággal. Természetesen ez a legegyszerűbb eset. De még ebben is észrevehető egy nehézség: a nyomáserő a gáz térfogatától függ, ami azt jelenti, hogy nem állandókkal, hanem változó mennyiségekkel van dolgunk. Mivel mindhárom változó: nyomás, hőmérséklet és térfogat összefügg egymással, a munkaszámítás lényegesen bonyolultabbá válik. Létezik néhány ideális, végtelenül lassú folyamat: izobár, izoterm, adiabatikus és izokhorikus – amelyekre az ilyen számítások viszonylag egyszerűen elvégezhetők. A nyomás függvényében a térfogat grafikonját ábrázoljuk, és a munkát az űrlap integráljaként számítjuk ki.

Mi melegszik fel gyorsabban a tűzhelyen - egy vízforraló vagy egy vödör víz? A válasz nyilvánvaló - egy teáskanna. Akkor a második kérdés az, hogy miért?

A válasz nem kevésbé nyilvánvaló - mert a vízforralóban kisebb a víz tömege. Nagy. És most magad is meg tudod csinálni az igazit fizikai tapasztalat otthon. Ehhez két egyforma kis serpenyőre, azonos mennyiségű vízre és növényi olaj, például fél liter és egy tűzhely. Helyezze az edényeket olajjal és vízzel ugyanarra a hőre. Most figyeld, mi fog gyorsabban felmelegedni. Ha van folyadékhőmérőd, használhatod, ha nincs, akkor egyszerűen ellenőrizheted időnként az ujjaddal a hőmérsékletet, csak vigyázz, nehogy megégjen. Mindenesetre hamarosan látni fogja, hogy az olaj jelentősen felmelegszik gyorsabb, mint a víz. És még egy kérdés, ami tapasztalat formájában is megvalósítható. Melyik fog gyorsabban felforrni - meleg víz vagy hideg? Ismét minden nyilvánvaló – a meleg lesz az első a célegyenesben. Miért ezek a furcsa kérdések és kísérletek? Hogy meghatározza fizikai mennyiség, az úgynevezett „hőmennyiség”.

A hőmennyiség

A hőmennyiség az az energia, amelyet a test a hőátadás során veszít vagy nyer. Ez egyértelmű a névből. Hűtéskor a szervezet bizonyos mennyiségű hőt veszít, melegítéskor pedig felveszi. A kérdéseinkre adott válaszok pedig megmutatták nekünk Mitől függ a hőmennyiség? Először is, minél nagyobb egy test tömege, annál nagyobb hőmennyiséget kell felhasználni a hőmérséklet egy fokkal történő megváltoztatásához. Másodszor, a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség attól függ, hogy milyen anyagból áll, vagyis az anyag típusától. Harmadszor pedig a testhőmérséklet hőátadás előtti és utáni különbsége is fontos számításainkhoz. A fentiek alapján megtehetjük határozza meg a hőmennyiséget a képlet segítségével:

ahol Q a hőmennyiség,
m - testtömeg,
(t_2-t_1) - a kezdeti és a végső testhőmérséklet közötti különbség,
c az anyag fajlagos hőkapacitása a megfelelő táblázatokból.

Ezzel a képlettel kiszámíthatja azt a hőmennyiséget, amely bármely test felmelegítéséhez szükséges, vagy amelyet ez a test hűtéskor felszabadít.

A hőmennyiséget joule-ban (1 J) mérik, mint minden energiafajtát. Ezt az értéket azonban nem olyan régen vezették be, és az emberek sokkal korábban kezdték el mérni a hőmennyiséget. És egy korunkban széles körben használt egységet használtak - kalória (1 cal). 1 kalória az a hőmennyiség, amely 1 gramm víz 1 Celsius-fokkal való felmelegítéséhez szükséges. Ezektől az adatoktól vezérelve azok, akik szeretik az elfogyasztott ételek kalóriáit számolni, szórakozásból kiszámolhatják, hogy a nap folyamán étellel elfogyasztott energiából hány liter vizet lehet felforralni.