Šilumos kiekio šildant vandenį formulė. Šilumos kiekis. Šilumos balanso lygtis

(arba šilumos perdavimas).

Medžiagos savitoji šiluminė talpa.

Šilumos talpa- tai šilumos kiekis, kurį sugeria kūnas, kai įkaista 1 laipsniu.

Kūno šiluminė talpa rodoma kapitalu Lotyniška raidė SU.

Nuo ko priklauso kūno šiluminė talpa? Visų pirma, nuo jo masės. Aišku, kad pašildyti, pavyzdžiui, 1 kilogramą vandens reikės daugiau šilumos nei pašildyti 200 gramų.

O kaip dėl medžiagos tipo? Padarykime eksperimentą. Paimkime du vienodus indus ir, į vieną iš jų supylę 400 g sveriančio vandens, o į kitą – 400 g sveriančio augalinio aliejaus, pradėsime juos šildyti identiškais degikliais. Stebėdami termometro rodmenis pamatysime, kad aliejus greitai įkaista. Norint pašildyti vandenį ir aliejų iki vienodos temperatūros, vandenį reikia kaitinti ilgiau. Tačiau kuo ilgiau šildome vandenį, tuo daugiau šilumos jis gauna iš degiklio.

Taigi, norint pašildyti tą pačią skirtingų medžiagų masę iki tos pačios temperatūros, reikia skirtingi kiekiaišiluma. Kūnui sušildyti reikalingas šilumos kiekis, taigi ir jo šiluminė talpa, priklauso nuo medžiagos, iš kurios kūnas susideda, rūšies.

Taigi, pavyzdžiui, norint padidinti 1 kg sveriančio vandens temperatūrą 1°C, reikia 4200 J šilumos kiekio, o tą pačią masę pašildyti 1°C. saulėgrąžų aliejus reikalingas šilumos kiekis yra 1700 J.

Vadinamas fizikinis dydis, parodantis, kiek šilumos reikia pašildyti 1 kg medžiagos 1 ºС specifinė šiluminė talpa šios medžiagos.

Kiekviena medžiaga turi savo specifinę šiluminę talpą, kuri žymima lotyniška raide c ir matuojama džauliais kilogramui laipsnio (J/(kg °C)).

Tos pačios medžiagos savitoji šiluminė talpa skirtingose ​​agregacijos būsenose (kietos, skystos ir dujinės) skiriasi. Pavyzdžiui, vandens savitoji šiluminė galia yra 4200 J/(kg °C), o ledo savitoji šiluminė talpa – 2100 J/(kg °C); kietojo aliuminio savitoji šiluminė talpa yra 920 J/(kg - °C), o skysto - 1080 J/(kg - °C).

Atkreipkite dėmesį, kad vandens savitoji šiluminė talpa yra labai didelė. Todėl vasarą įkaistantis vanduo jūrose ir vandenynuose susigeria iš oro didelis skaičius karštis. Dėl šios priežasties tose vietose, kurios yra prie didelių vandens telkinių, vasara nėra tokia karšta, kaip toli nuo vandens.

Šilumos kiekio, reikalingo kūnui sušildyti arba jo išskiriamo aušinimo metu, apskaičiavimas.

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, aišku, kad šilumos kiekis, reikalingas kūnui sušildyti, priklauso nuo medžiagos, iš kurios kūnas susideda, rūšies (t.y. jos specifinės šiluminės talpos) ir nuo kūno masės. Taip pat aišku, kad šilumos kiekis priklauso nuo to, kiek laipsnių ketiname padidinti kūno temperatūrą.

Taigi, norint nustatyti šilumos kiekį, reikalingą kūnui pašildyti arba jo išskiriamą aušinimo metu, reikia padauginti kūno savitąją šiluminę talpą iš jo masės ir skirtumo tarp galutinės ir pradinės temperatūros:

K = cm (t 2 - t 1 ) ,

Kur K- šilumos kiekis, c— savitoji šiluminė galia, m- kūno masė , t 1 - pradinė temperatūra, t 2 - galutinė temperatūra.

Kai kūnas įkaista t 2 > t 1 ir todėl K > 0 . Kai kūnas atvėsta t 2i< t 1 ir todėl K< 0 .

Jei žinoma viso kūno šiluminė talpa SU, K nustatoma pagal formulę:

Q = C (t 2 - t 1 ) .

Šilumos talpa– tai šilumos kiekis, kurį organizmas sugeria kaitinant 1 laipsniu.

Kūno šiluminė talpa žymima didžiąja lotyniška raide SU.

Nuo ko priklauso kūno šiluminė talpa? Visų pirma, nuo jo masės. Aišku, kad pašildyti, pavyzdžiui, 1 kilogramą vandens reikės daugiau šilumos nei pašildyti 200 gramų.

O kaip dėl medžiagos tipo? Padarykime eksperimentą. Paimkime du vienodus indus ir, į vieną iš jų supylę 400 g sveriančio vandens, o į kitą – 400 g sveriančio augalinio aliejaus, pradėsime juos šildyti identiškais degikliais. Stebėdami termometro rodmenis pamatysime, kad aliejus greitai įkaista. Norint pašildyti vandenį ir aliejų iki vienodos temperatūros, vandenį reikia kaitinti ilgiau. Tačiau kuo ilgiau šildome vandenį, tuo daugiau šilumos jis gauna iš degiklio.

Taigi, norint pašildyti tą pačią skirtingų medžiagų masę iki vienodos temperatūros, reikia skirtingų šilumos kiekių. Kūnui sušildyti reikalingas šilumos kiekis, taigi ir jo šiluminė talpa, priklauso nuo medžiagos, iš kurios kūnas susideda, rūšies.

Taigi, pavyzdžiui, norint padidinti 1 kg sveriančio vandens temperatūrą 1°C, reikia 4200 J šilumos kiekio, o tos pačios masės saulėgrąžų aliejaus pašildyti 1°C šilumos kiekio, lygaus Reikia 1700 J.

Vadinamas fizikinis dydis, parodantis, kiek šilumos reikia pašildyti 1 kg medžiagos 1 ºС specifinė šiluminė talpašios medžiagos.

Kiekviena medžiaga turi savo specifinę šiluminę talpą, kuri žymima lotyniška raide c ir matuojama džauliais kilogramui laipsnio (J/(kg °C)).

Tos pačios medžiagos savitoji šiluminė talpa skirtingose ​​agregacijos būsenose (kietos, skystos ir dujinės) skiriasi. Pavyzdžiui, vandens savitoji šiluminė galia yra 4200 J/(kg °C), o ledo savitoji šiluminė talpa – 2100 J/(kg °C); kietojo aliuminio savitoji šiluminė talpa yra 920 J/(kg - °C), o skysto - 1080 J/(kg - °C).

Atkreipkite dėmesį, kad vandens savitoji šiluminė talpa yra labai didelė. Todėl vanduo jūrose ir vandenynuose, vasarą įkaistantis, sugeria iš oro didelį šilumos kiekį. Dėl šios priežasties tose vietose, kurios yra prie didelių vandens telkinių, vasara nėra tokia karšta, kaip toli nuo vandens.

Šilumos kiekio, reikalingo kūnui sušildyti arba jo išskiriamo aušinimo metu, apskaičiavimas.

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, aišku, kad šilumos kiekis, reikalingas kūnui sušildyti, priklauso nuo medžiagos, iš kurios kūnas susideda, rūšies (t.y. jos specifinės šiluminės talpos) ir nuo kūno masės. Taip pat aišku, kad šilumos kiekis priklauso nuo to, kiek laipsnių ketiname padidinti kūno temperatūrą.

Taigi, norint nustatyti šilumos kiekį, reikalingą kūnui pašildyti arba jo išskiriamą aušinimo metu, reikia padauginti kūno savitąją šiluminę talpą iš jo masės ir skirtumo tarp galutinės ir pradinės temperatūros:

K= cm (t 2 - t 1),

Kur K- šilumos kiekis, c- savitoji šiluminė galia, m- kūno masė, t 1- pradinė temperatūra, t 2- galutinė temperatūra.

Kai kūnas įkaista t 2> t 1 ir todėl K >0 . Kai kūnas atvėsta t 2i< t 1 ir todėl K< 0 .

Jei žinoma viso kūno šiluminė talpa SU, K nustatoma pagal formulę: Q = C (t 2 - t 1).

22) Lydymasis: apibrėžimas, lydymosi arba kietėjimo šilumos kiekio apskaičiavimas, savitoji lydymosi šiluma, t 0 (Q) grafikas.

Termodinamika

skyrius molekulinė fizika, kuri tiria energijos perdavimą, kai kurių energijos rūšių virsmo kitomis dėsningumus. Skirtingai nuo molekulinės kinetinės teorijos, termodinamika neatsižvelgia į medžiagų ir mikroparametrų vidinę struktūrą.

Termodinaminė sistema

Tai rinkinys kūnų, kurie keičiasi energija (darbo ar šilumos pavidalu) vienas su kitu arba su aplinką. Pavyzdžiui, vanduo virdulyje atvėsta, o šiluma keičiasi tarp vandens ir virdulio bei virdulio šilumos su aplinka. Balionas su dujomis po stūmokliu: stūmoklis atlieka darbą, dėl kurio dujos gauna energiją ir keičiasi jų makroparametrai.

Šilumos kiekis

Tai energijos, kurią sistema gauna arba išleidžia šilumos mainų proceso metu. Žymimas simboliu Q, jis, kaip ir bet kuri energija, matuojama džauliais.

Dėl įvairių šilumos mainų procesų perduodama energija nustatoma savaip.

Šildymas ir vėsinimas

Šiam procesui būdingas sistemos temperatūros pokytis. Šilumos kiekis nustatomas pagal formulę

Medžiagos savitoji šiluminė talpa su matuojamas šilumos kiekiu, reikalingu sušilti masės vienetųšios medžiagos 1 tūkst. Norint pašildyti 1 kg stiklinės arba 1 kg vandens, reikia skirtingų energijos kiekių. Savitoji šiluminė talpa yra žinomas dydis, jau apskaičiuotas visoms medžiagoms; reikšmę žr. fizinėse lentelėse.

C medžiagos šiluminė talpa- tai šilumos kiekis, kurio reikia kūnui sušildyti, neatsižvelgiant į jo masę 1K.

Lydymasis ir kristalizacija

Lydymasis yra medžiagos perėjimas iš kietos būsenos į skystą. Atvirkštinis perėjimas vadinamas kristalizacija.

Energija, kuri išleidžiama sunaikinimui kristalinė gardelė medžiagos, nustatomos pagal formulę

Specifinė šiluma Lydymasis yra žinoma kiekvienos medžiagos vertė; žr. vertę fizinėse lentelėse.

Garinimas (garinimas arba virinimas) ir kondensacija

Garinimas – tai medžiagos perėjimas iš skystos (kietos) būsenos į dujinę. Atvirkštinis procesas vadinamas kondensacija.

Specifinė garavimo šiluma yra žinoma kiekvienos medžiagos vertė; žr. vertę fizinėse lentelėse.

Degimas

Šilumos kiekis, išsiskiriantis medžiagai degant

Savitoji degimo šiluma yra žinoma kiekvienos medžiagos vertė; žr. vertę fizinėse lentelėse.

Uždarai ir adiabatiškai izoliuotai kūnų sistemai lygtis yra įvykdyta šilumos balansas. Algebrinė suma visų šilumos mainuose dalyvaujančių kūnų atiduodamos ir gaunamos šilumos kiekiai lygūs nuliui:

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

23) Skysčių sandara. Paviršiaus sluoksnis. Paviršiaus įtempimo jėga: pasireiškimo, skaičiavimo, paviršiaus įtempimo koeficiento pavyzdžiai.

Retkarčiais bet kuri molekulė gali persikelti į netoliese esančią laisvą vietą. Tokie šuoliai skysčiuose pasitaiko gana dažnai; todėl molekulės nėra susietos su konkrečiais centrais, kaip kristaluose, ir gali judėti per visą skysčio tūrį. Tai paaiškina skysčių sklandumą. Dėl stiprios sąveikos tarp arti esančių molekulių jos gali sudaryti vietines (nestabilias) tvarkingas grupes, turinčias kelias molekules. Šis reiškinys vadinamas uždaryti tvarką(3.5.1 pav.).

Koeficientas β vadinamas temperatūros koeficientas tūrinis plėtimasis . Šis skysčių koeficientas yra dešimtis kartų didesnis nei kietųjų medžiagų. Vandeniui, pavyzdžiui, esant 20 °C temperatūrai β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, plienui β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, kvarciniam stiklui β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .

Vandens šiluminis plėtimasis turi įdomią ir svarbią gyvybei Žemėje anomaliją. Esant žemesnei nei 4 °C temperatūrai, temperatūrai mažėjant vanduo plečiasi (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Kai vanduo užšąla, jis plečiasi, todėl ledas lieka plūduriuoti užšąlančio vandens telkinio paviršiuje. Užšąlančio vandens temperatūra po ledu yra 0 °C. Tankesniuose vandens sluoksniuose rezervuaro dugne temperatūra siekia apie 4 °C. Dėl to užšąlančių rezervuarų vandenyje gali egzistuoti gyvybė.

Dauguma įdomi savybė skysčiai yra buvimas laisvas paviršius . Skystis, skirtingai nei dujos, neužpildo viso indo, į kurį pilamas, tūrio. Tarp skysčio ir dujų (arba garų) susidaro sąsaja, kuri yra ypatingomis sąlygomis, palyginti su likusiu skysčiu.Reikia turėti omenyje, kad dėl itin mažo gniuždomumo susidaro tankiau supakuotas paviršinis sluoksnis. nesukelia jokių pastebimų skysčio tūrio pokyčių. Jei molekulė juda iš paviršiaus į skystį, tarpmolekulinės sąveikos jėgos atliks teigiamą darbą. Priešingai, norint iš skysčio gelmių į paviršių ištraukti tam tikrą molekulių skaičių (t. y. padidinti skysčio paviršiaus plotą), išorinės jėgos turi atlikti teigiamą darbą Δ A išorinis, proporcingas pokyčiui Δ S paviršiaus plotas:

Iš mechanikos žinoma, kad sistemos pusiausvyros būsenos atitinka mažiausią jos reikšmę potencinė energija. Tai seka laisvas paviršius skystis linkęs mažinti savo plotą. Dėl šios priežasties laisvas skysčio lašas įgauna sferinę formą. Skystis elgiasi taip, tarsi jėgos, veikiančios tangentiškai jo paviršių, sutrauktų (trauktų) šį paviršių. Šios jėgos vadinamos paviršiaus įtempimo jėgos .

Esant paviršiaus įtempimo jėgoms, skysčio paviršius atrodo kaip elastinga ištempta plėvelė, vienintelis skirtumas, kad plėvelės elastingumo jėgos priklauso nuo jos paviršiaus ploto (t. y. nuo plėvelės deformacijos) ir paviršiaus įtempimo. pajėgos nepriklausykite ant skysčio paviršiaus ploto.

Kai kurie skysčiai, pavyzdžiui, muiluotas vanduo, gali sudaryti plonas plėveles. Gerai žinomi muilo burbulai yra taisyklingos sferinės formos – tai taip pat parodo paviršiaus įtempimo jėgų poveikį. Jei į muilo tirpalas nuleiskite vielinį rėmą, kurio viena iš kraštų yra judama, tada visas rėmas bus padengtas skysčio plėvele (3.5.3 pav.).

Paviršiaus įtempimo jėgos linkusios sumažinti plėvelės paviršių. Norėdami subalansuoti judančią rėmo pusę, turite taikyti išorinė jėga Jei veikiamas jėgos skersinis pasislenka Δ x, tada bus atliktas darbas Δ A vn = F vn Δ x = Δ E p = σΔ S, kur Δ S = 2LΔ x– abiejų muilo plėvelės pusių paviršiaus ploto padidėjimas. Kadangi jėgų ir moduliai yra vienodi, galime rašyti:

Taigi paviršiaus įtempimo koeficientas σ gali būti apibrėžtas kaip paviršiaus įtempimo jėgos, veikiančios paviršių ribojančios linijos ilgio vienetą, modulis.

Dėl paviršiaus įtempimo jėgų veikimo skysčio lašeliuose ir viduje muilo burbuliukai atsiranda perteklinis slėgis Δ p. Jei mintyse nupjaunate sferinį spindulio lašą Rį dvi dalis, tada kiekviena iš jų turi būti pusiausvyroje, veikiant paviršiaus įtempimo jėgoms, veikiančioms į 2π ilgio pjūvio ribą R ir jėga perteklinis slėgis, veikiantis plotą π R 2 sekcijos (3.5.4 pav.). Pusiausvyros sąlyga parašyta kaip

Jei šios jėgos yra didesnės už sąveikos jėgas tarp paties skysčio molekulių, tada skysčio sušlapina paviršius kietas. Šiuo atveju skystis šiek tiek priartėja prie kieto kūno paviršiaus aštrus kampasθ, būdinga duotai skysčio ir kietos medžiagos porai. Kampas θ vadinamas kontaktinis kampas . Jeigu skysčių molekulių sąveikos jėgos viršija jų sąveikos su kietosiomis molekulėmis jėgas, tai kontaktinis kampas θ pasirodo bukas (3.5.5 pav.). Šiuo atveju jie sako, kad skystis nesušlapina kietos medžiagos paviršius. At visiškas drėkinimasθ = 0, at visiškas nedrėkimasθ = 180°.

Kapiliariniai reiškiniai vadinamas skysčio pakilimu arba kritimu mažo skersmens vamzdeliuose - kapiliarai. Drėkinantys skysčiai kapiliarais kyla aukštyn, o nedrėkantys skysčiai leidžiasi žemyn.

Fig. 3.5.6 pavaizduotas tam tikro spindulio kapiliarinis vamzdelis r, apatiniame gale nuleistas į drėkinamąjį skystį, kurio tankis ρ. Viršutinis kapiliaro galas yra atviras. Skysčio kilimas kapiliare tęsiasi tol, kol gravitacijos jėga, veikianti skysčio stulpelį kapiliare, tampa lygi rezultato dydžiui. F n paviršiaus įtempimo jėgos, veikiančios išilgai skysčio sąlyčio su kapiliaro paviršiumi ribos: F t = F n, kur F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Tai reiškia:

Visiškai nesudrėkinus θ = 180°, cos θ = –1 ir todėl h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Vanduo beveik visiškai sušlapina švarų stiklo paviršių. Priešingai, gyvsidabris visiškai nesudrėkina stiklo paviršiaus. Todėl gyvsidabrio lygis stikliniame kapiliare nukrenta žemiau lygio inde.

24) Garinimas: apibrėžimas, rūšys (garinimas, virimas), garavimo ir kondensacijos šilumos kiekio apskaičiavimas, savitoji garavimo šiluma.

Garavimas ir kondensacija. Garavimo reiškinio paaiškinimas remiantis idėjomis apie medžiagos molekulinę struktūrą. Savitoji garavimo šiluma. Jo vienetai.

Reiškinys, kai skystis virsta garais, vadinamas garinimas.

Garavimas - garavimo procesas, vykstantis nuo atviro paviršiaus.

Skysčių molekulės juda kartu skirtingu greičiu. Jei kuri nors molekulė atsiduria skysčio paviršiuje, ji gali įveikti gretimų molekulių trauką ir išskristi iš skysčio. Išstumtos molekulės sudaro garus. Likusios skysčio molekulės susidūrimo metu keičia greitį. Tuo pačiu metu kai kurios molekulės įgyja pakankamai greitį, kad galėtų išskristi iš skysčio. Šis procesas tęsiasi, todėl skysčiai išgaruoja lėtai.

*Garavimo greitis priklauso nuo skysčio rūšies. Tie skysčiai, kurių molekulės pritraukiamos mažesne jėga, išgaruoja greičiau.

*Išgaruoti gali bet kokioje temperatūroje. Tačiau esant aukštai temperatūrai, garavimas vyksta greičiau .

*Išgaravimo greitis priklauso nuo jo paviršiaus ploto.

*Su vėju (oro srautu) garavimas vyksta greičiau.

Garuojant mažėja vidinė energija, nes Garuojant skystis palieka greitas molekules, todėl Vidutinis greitis likusių molekulių mažėja. Tai reiškia, kad jei nėra energijos antplūdžio iš išorės, tada skysčio temperatūra mažėja.

Garų virtimo skysčiu reiškinys vadinamas kondensacija. Jį lydi energijos išlaisvinimas.

Garų kondensacija paaiškina debesų susidarymą. Vandens garai, kylantys virš žemės, sudaro debesis viršutiniuose šaltuose oro sluoksniuose, kuriuos sudaro maži vandens lašeliai.

Savitoji garavimo šiluma – fizinis reikšmė, rodanti, kiek šilumos reikia 1 kg sveriančiam skysčiui paversti garais nekeičiant temperatūros.

Ud. garavimo šiluma žymimas raide L ir matuojamas J/kg

Ud. vandens garavimo šiluma: L=2,3×10 6 J/kg, alkoholio L=0,9×10 6

Šilumos kiekis, reikalingas skysčiui paversti garais: Q = Lm

Šioje pamokoje išmoksime apskaičiuoti šilumos kiekį, reikalingą kūnui sušildyti arba jo išskiriamą aušinant. Norėdami tai padaryti, apibendrinsime žinias, kurios buvo įgytos ankstesnėse pamokose.

Be to, išmoksime, naudodamiesi šilumos kiekio formule, iš šios formulės išreikšti likusius dydžius ir juos apskaičiuoti, žinodami kitus dydžius. Taip pat bus svarstomas problemos pavyzdys su šilumos kiekio skaičiavimo sprendimu.

Ši pamoka yra skirta apskaičiuoti šilumos kiekį, kai kūnas įkaista arba išskiriamas vėsus.

Gebėjimas skaičiuoti reikalinga sumašiluma labai svarbu. To gali prireikti, pavyzdžiui, apskaičiuojant šilumos kiekį, kurį reikia perduoti vandeniui patalpai šildyti.

Ryžiai. 1. Šilumos kiekis, kuris turi būti perduotas vandeniui, kad šildytų kambarį

Arba apskaičiuoti šilumos kiekį, kuris išsiskiria deginant degalus įvairiuose varikliuose:

Ryžiai. 2. Šilumos kiekis, išsiskiriantis deginant degalus variklyje

Šios žinios taip pat reikalingos, pavyzdžiui, norint nustatyti šilumos kiekį, kurį išskiria Saulė ir patenka į Žemę:

Ryžiai. 3. Šilumos kiekis, kurį išskiria Saulė ir patenka į Žemę

Norėdami apskaičiuoti šilumos kiekį, turite žinoti tris dalykus (4 pav.):

• kūno svoris (kuris paprastai gali būti išmatuotas naudojant svarstykles);
• temperatūros skirtumas, iki kurio kūnas turi būti šildomas arba vėsinamas (paprastai matuojamas termometru);
• savitoji kūno šiluminė talpa (kurią galima nustatyti iš lentelės).

Ryžiai. 4. Ką reikia žinoti norint nustatyti

Formulė, pagal kurią apskaičiuojamas šilumos kiekis, atrodo taip:

Šioje formulėje pateikiami šie dydžiai:

Šilumos kiekis, išmatuotas džauliais (J);

Medžiagos savitoji šiluminė talpa matuojama ;

- temperatūros skirtumas, matuojamas Celsijaus laipsniais ().

Panagrinėkime šilumos kiekio apskaičiavimo problemą.

Užduotis

Variniame stikle, kurio masė yra gramai, yra litro tūrio vandens temperatūroje. Kiek šilumos turi būti perduota stiklinei vandens, kad jos temperatūra taptų lygi ?

Ryžiai. 5. Probleminių sąlygų iliustracija

Pirmiausia užsirašykime trumpa būklė (Duota) ir konvertuoti visus kiekius į tarptautinę sistemą (SI).

Duota:	SI
Rasti:

Sprendimas:

Pirmiausia nustatykite, kokių kitų dydžių mums reikia šiai problemai išspręsti. Naudodamiesi savitosios šiluminės talpos lentele (1 lentelė) randame (vario savitoji šiluminė talpa, nes pagal sąlygą stiklas yra varis), (vandens savitoji šiluminė talpa, nes pagal sąlygą stikle yra vandens). Be to, žinome, kad šilumos kiekiui apskaičiuoti reikia vandens masės. Pagal sąlygą mums suteikiamas tik tūris. Todėl iš lentelės paimame vandens tankį: (2 lentelė).

Lentelė 1. Kai kurių medžiagų savitoji šiluminė talpa,

Lentelė 2. Kai kurių skysčių tankiai

Dabar turime viską, ko reikia šiai problemai išspręsti.

Atkreipkite dėmesį, kad galutinį šilumos kiekį sudarys šilumos kiekio, reikalingo variniam stiklui pašildyti, ir šilumos kiekio, reikalingo jame esančiam vandeniui pašildyti, sumos:

Pirmiausia apskaičiuokime šilumos kiekį, reikalingą variniam stiklui pašildyti:

Prieš apskaičiuodami šilumos kiekį, reikalingą vandeniui pašildyti, apskaičiuokime vandens masę pagal mums žinomą nuo 7 klasės formulę:

Dabar galime apskaičiuoti:

Tada galime apskaičiuoti:

Prisiminkime, ką reiškia kilodžauliai. Priešdėlis „kilo“ reiškia .

Atsakymas:.

Kad būtų patogiau išspręsti šilumos kiekio (vadinamosios tiesioginės problemos) ir kiekių, susijusių su šia sąvoka, problemas, galite naudoti šią lentelę.

Reikalingas kiekis	Paskyrimas	Vienetai	Pagrindinė formulė	Kiekio formulė
Šilumos kiekis

Šilumos kiekio samprata susiformavo ankstyvosiose šiuolaikinės fizikos raidos stadijose, kai nebuvo aiškių minčių apie vidinė struktūra medžiagos, kas yra energija, kokios energijos formos egzistuoja gamtoje ir energija kaip materijos judėjimo ir virsmo forma.

Šilumos kiekis suprantamas kaip fizikinis dydis, lygiavertis energijai, perduodamai materialiam kūnui šilumos mainų procese.

Pasenęs šilumos vienetas yra kalorija, lygi 4,2 J, šiandien šis vienetas praktiškai nenaudojamas, o jo vietą užėmė džaulis.

Iš pradžių buvo manoma, kad šiluminės energijos nešėja yra kokia nors visiškai nesvari terpė, turinti skysčio savybių. Remiantis šia prielaida, buvo ir tebėra sprendžiama daugybė fizinių šilumos perdavimo problemų. Hipotetinio kaloringumo egzistavimas buvo daugelio iš esmės teisingų konstrukcijų pagrindas. Buvo tikima, kad kalorijos išsiskiria ir absorbuojamos kaitinant ir vėsinant, lydantis ir kristalizuojantis. Remiantis neteisingomis fizikinėmis sąvokomis, gautos teisingos šilumos perdavimo procesų lygtys. Yra žinomas dėsnis, pagal kurį šilumos kiekis yra tiesiogiai proporcingas šilumos mainuose dalyvaujančio kūno masei ir temperatūros gradientui:

Kur Q yra šilumos kiekis, m yra kūno masė ir koeficientas Su– dydis, vadinamas savitoji šiluminė talpa. Savitoji šiluminė talpa yra procese dalyvaujančios medžiagos charakteristika.

Darbas termodinamikos srityje

Dėl terminių procesų išvalykite mechaninis darbas. Pavyzdžiui, kai dujos įkaista, padidėja jų tūris. Paimkime tokią situaciją, kaip paveikslėlyje žemiau:

IN tokiu atveju mechaninis darbas pasirodys vienodos jėgos dujų slėgis stūmoklyje, padaugintas iš atstumo, kurį stūmoklis nuvažiuoja esant slėgiui. Žinoma, tai yra paprasčiausias atvejis. Tačiau net ir jame galima pastebėti vieną sunkumą: slėgio jėga priklausys nuo dujų tūrio, o tai reiškia, kad mes susiduriame ne su konstantomis, o su kintamaisiais dydžiais. Kadangi visi trys kintamieji: slėgis, temperatūra ir tūris yra susiję vienas su kitu, darbo skaičiavimas tampa žymiai sudėtingesnis. Yra keletas idealių, be galo lėtų procesų: izobariniai, izoterminiai, adiabatiniai ir izochoriniai, kuriems tokius skaičiavimus galima atlikti gana paprastai. Nubraižytas slėgio ir tūrio grafikas ir darbas apskaičiuojamas kaip formos integralas.

Kas greičiau įkais ant viryklės – virdulys ar kibiras vandens? Atsakymas akivaizdus – arbatinukas. Tada antras klausimas yra kodėl?

Atsakymas ne mažiau akivaizdus – nes vandens masė virdulyje mažesnė. Puiku. Ir dabar jūs galite tai padaryti patys fizinė patirtis namie. Norėdami tai padaryti, jums reikės dviejų vienodų mažų puodų, vienodo vandens kiekio ir daržovių aliejus, pavyzdžiui, pusė litro ir viryklė. Puodus su aliejumi ir vandeniu pastatykite ant tos pačios ugnies. Dabar tiesiog žiūrėkite, kas greičiau įkais. Jei turite termometrą skysčiams, galite jį naudoti, jei ne, galite tiesiog karts nuo karto patikrinti temperatūrą pirštu, tik būkite atsargūs, kad nesudegtumėte. Bet kokiu atveju netrukus pamatysite, kad aliejus gerokai įkaista greičiau nei vanduo. Ir dar vienas klausimas, kurį taip pat galima įgyvendinti patirties pavidalu. Kas greičiau užvirs - šiltas vanduo ar šalta? Vėl viskas akivaizdu – šiltasis finiše bus pirmas. Kodėl visi šie keisti klausimai ir eksperimentai? Siekiant nustatyti fizinis kiekis, vadinamas „šilumos kiekiu“.

Šilumos kiekis

Šilumos kiekis yra energija, kurią kūnas praranda arba įgyja perduodant šilumą. Tai aišku iš pavadinimo. Vėsdamas kūnas praras tam tikrą šilumos kiekį, o kaitindamas – sugers. Ir atsakymai į mūsų klausimus mums parodė Nuo ko priklauso šilumos kiekis? Pirma, kuo didesnė kūno masė, tuo didesnis šilumos kiekis turi būti išleistas, kad jo temperatūra pasikeistų vienu laipsniu. Antra, šilumos kiekis, reikalingas kūnui šildyti, priklauso nuo medžiagos, iš kurios jis susideda, tai yra, nuo medžiagos tipo. Ir trečia, mūsų skaičiavimams svarbus ir kūno temperatūros skirtumas prieš ir po šilumos perdavimo. Remdamiesi tuo, kas išdėstyta pirmiau, galime nustatykite šilumos kiekį pagal formulę:

kur Q yra šilumos kiekis,
m - kūno svoris,
(t_2-t_1) – skirtumas tarp pradinės ir galutinės kūno temperatūros,
c yra medžiagos savitoji šiluminė talpa, nustatyta atitinkamose lentelėse.

Naudodami šią formulę galite apskaičiuoti šilumos kiekį, kurio reikia bet kuriam kūnui sušildyti arba kurį šis kūnas išskirs vėsdamas.

Šilumos kiekis matuojamas džauliais (1 J), kaip ir bet kuri energijos rūšis. Tačiau ši vertė buvo įvesta ne taip seniai, o šilumos kiekį žmonės pradėjo matuoti daug anksčiau. Ir jie naudojo mūsų laikais plačiai naudojamą vienetą - kaloriją (1 cal). 1 kalorija – tai šilumos kiekis, reikalingas 1 gramui vandens pašildyti 1 laipsniu Celsijaus. Vadovaudamiesi šiais duomenimis, mėgstantys skaičiuoti suvalgomo maisto kalorijas, savo malonumui gali paskaičiuoti, kiek litrų vandens galima užvirti iš energijos, kurią jie suvartoja su maistu per dieną.