Suyu ısıtırken ısı miktarının formülü. Isı miktarı. Isı Dengesi Denklemi

(veya ısı transferi).

Bir maddenin özgül ısı kapasitesi.

Isı kapasitesi- Bu, 1 derece ısıtıldığında vücut tarafından emilen ısı miktarıdır.

Bir cismin ısı kapasitesi büyük harflerle gösterilir Latince harf İLE.

Bir vücudun ısı kapasitesi neye bağlıdır? Her şeyden önce kütlesinden. Örneğin 1 kilogram suyun ısıtılmasının, 200 gram suyun ısıtılmasından daha fazla ısı gerektireceği açıktır.

Peki maddenin türü? Bir deney yapalım. İki özdeş kap alalım ve birine 400 gr su, diğerine 400 gr bitkisel yağ dökerek aynı brülörleri kullanarak ısıtmaya başlayacağız. Termometre okumalarını gözlemleyerek yağın hızla ısındığını göreceğiz. Suyu ve yağı aynı sıcaklığa ısıtmak için suyun daha uzun süre ısıtılması gerekir. Ancak suyu ne kadar uzun süre ısıtırsak brülörden o kadar fazla ısı alır.

Bu nedenle aynı kütledeki farklı maddelerin aynı sıcaklığa ısıtılması gerekir. farklı miktarlar sıcaklık. Bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı ve dolayısıyla ısı kapasitesi, cismi oluşturan maddenin türüne bağlıdır.

Yani örneğin ağırlığı 1 kg olan suyun sıcaklığını 1°C arttırmak için 4200 J kadar bir ısı miktarına ihtiyaç vardır ve aynı kütleyi 1°C ısıtmak gerekir. ayçiçek yağı gereken ısı miktarı 1700 J'dir.

1 kg maddeyi 1 ºС ısıtmak için ne kadar ısı gerektiğini gösteren fiziksel miktara denir spesifik ısı kapasitesi bu maddeden.

Her maddenin, Latince c harfiyle gösterilen ve kilogram derece başına joule (J/(kg °C)) cinsinden ölçülen kendine özgü ısı kapasitesi vardır.

Aynı maddenin farklı toplanma durumlarında (katı, sıvı ve gaz) özgül ısı kapasitesi farklıdır. Örneğin suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg °C), buzun özgül ısı kapasitesi ise 2100 J/(kg °C); katı haldeki alüminyumun özgül ısı kapasitesi 920 J/(kg - °C) ve sıvı halde - 1080 J/(kg - °C)'dir.

Suyun çok yüksek bir özgül ısı kapasitesine sahip olduğunu unutmayın. Bu nedenle denizlerde ve okyanuslarda yaz aylarında ısınan su havadan emilir. büyük sayı sıcaklık. Bu sayede büyük su kütlelerinin yakınında bulunan yerlerde yazlar sudan uzak yerler kadar sıcak geçmez.

Bir cismi ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında serbest bıraktığı ısı miktarının hesaplanması.

Yukarıdakilerden, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarının, cismi oluşturan maddenin türüne (yani özgül ısı kapasitesine) ve cismin kütlesine bağlı olduğu açıktır. Isı miktarının vücut ısısını kaç derece artıracağımıza bağlı olduğu da açıktır.

Dolayısıyla, bir cismi ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında onun tarafından salınan ısı miktarını belirlemek için, cismin özgül ısı kapasitesini kütlesiyle ve son ve başlangıç ​​sıcaklıkları arasındaki farkla çarpmanız gerekir:

Q = santimetre (T 2 - T 1 ) ,

Nerede Q- ısı miktarı, C- özgül ısı kapasitesi, M- vücut ağırlığı, T 1 - başlangıç ​​sıcaklığı, T 2 — son sıcaklık.

Vücut ısındığında t 2 > T 1 ve bu nedenle Q > 0 . Vücut soğuduğunda t2i< T 1 ve bu nedenle Q< 0 .

Tüm vücudun ısı kapasitesi biliniyorsa İLE, Q formülle belirlenir:

S = C (t 2 - T 1 ) .

Isı kapasitesi- Bu, 1 derece ısıtıldığında vücut tarafından emilen ısı miktarıdır.

Bir cismin ısı kapasitesi büyük Latin harfiyle gösterilir İLE.

Bir vücudun ısı kapasitesi neye bağlıdır? Her şeyden önce kütlesinden. Örneğin 1 kilogram suyun ısıtılmasının, 200 gram suyun ısıtılmasından daha fazla ısı gerektireceği açıktır.

Peki maddenin türü? Bir deney yapalım. İki özdeş kap alalım ve birine 400 gr su, diğerine 400 gr bitkisel yağ dökerek aynı brülörleri kullanarak ısıtmaya başlayacağız. Termometre okumalarını gözlemleyerek yağın hızla ısındığını göreceğiz. Suyu ve yağı aynı sıcaklığa ısıtmak için suyun daha uzun süre ısıtılması gerekir. Ancak suyu ne kadar uzun süre ısıtırsak brülörden o kadar fazla ısı alır.

Bu nedenle aynı kütledeki farklı maddeleri aynı sıcaklığa ısıtmak için farklı miktarlarda ısı gerekir. Bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı ve dolayısıyla ısı kapasitesi, cismi oluşturan maddenin türüne bağlıdır.

Yani örneğin 1 kg ağırlığındaki suyun sıcaklığını 1°C artırmak için 4200 J'ye eşit bir ısı miktarına ihtiyaç duyulurken, aynı kütledeki ayçiçek yağını 1°C ısıtmak için şuna eşit bir ısı miktarına ihtiyaç vardır: 1700 J gereklidir.

1 kg maddeyi 1 ºС ısıtmak için ne kadar ısı gerektiğini gösteren fiziksel miktara denir spesifik ısı kapasitesi bu maddeden.

Her maddenin, Latince c harfiyle gösterilen ve kilogram derece başına joule (J/(kg °C)) cinsinden ölçülen kendine özgü ısı kapasitesi vardır.

Aynı maddenin farklı toplanma durumlarında (katı, sıvı ve gaz) özgül ısı kapasitesi farklıdır. Örneğin suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg °C), buzun özgül ısı kapasitesi ise 2100 J/(kg °C); katı haldeki alüminyumun özgül ısı kapasitesi 920 J/(kg - °C) ve sıvı halde - 1080 J/(kg - °C)'dir.

Suyun çok yüksek bir özgül ısı kapasitesine sahip olduğunu unutmayın. Bu nedenle denizlerde ve okyanuslarda yazın ısınan su, havadan büyük miktarda ısı emer. Bu sayede büyük su kütlelerinin yakınında bulunan yerlerde yazlar sudan uzak yerler kadar sıcak geçmez.

Bir cismi ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında serbest bıraktığı ısı miktarının hesaplanması.

Yukarıdakilerden, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarının, cismi oluşturan maddenin türüne (yani özgül ısı kapasitesine) ve cismin kütlesine bağlı olduğu açıktır. Isı miktarının vücut ısısını kaç derece artıracağımıza bağlı olduğu da açıktır.

Dolayısıyla, bir cismi ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında onun tarafından salınan ısı miktarını belirlemek için, cismin özgül ısı kapasitesini kütlesiyle ve son ve başlangıç ​​sıcaklıkları arasındaki farkla çarpmanız gerekir:

Q= santimetre (t 2 -t 1),

Nerede Q- ısı miktarı, C- özgül ısı kapasitesi, M- vücut ağırlığı, t 1- başlangıç ​​sıcaklığı, t 2- son sıcaklık.

Vücut ısındığında t 2> t 1 ve bu nedenle Q >0 . Vücut soğuduğunda t2i< t 1 ve bu nedenle Q< 0 .

Tüm vücudun ısı kapasitesi biliniyorsa İLE, Q formülle belirlenir: S = C (t 2 - t 1).

22) Erime: tanımı, erime veya katılaşma için gereken ısı miktarının hesaplanması, özgül füzyon ısısı, t 0 (Q) grafiği.

Termodinamik

Bölüm moleküler fizik Enerjinin transferini, bazı enerji türlerinin diğerlerine dönüşüm kalıplarını inceleyen. Moleküler kinetik teorinin aksine termodinamik, maddelerin ve mikro parametrelerin iç yapısını dikkate almaz.

Termodinamik sistem

Bu, birbirleriyle veya birbirleriyle enerji (iş veya ısı biçiminde) alışverişi yapan cisimlerin bir koleksiyonudur. çevre. Örneğin çaydanlıktaki su soğur ve su ile çaydanlık arasında ve çaydanlığın ısısı ile ortam arasında ısı alışverişi olur. Pistonun altında gaz bulunan bir silindir: piston, gazın enerji alması ve makro parametrelerinin değişmesi sonucunda iş yapar.

Isı miktarı

Bu enerji Isı alışverişi işlemi sırasında sistemin aldığı veya bıraktığı. Q sembolüyle gösterilir ve herhangi bir enerji gibi Joule cinsinden ölçülür.

Çeşitli ısı değişim işlemleri sonucunda aktarılan enerji kendi yöntemiyle belirlenir.

Isıtma ve soğutma

Bu işlem, sistemin sıcaklığındaki bir değişiklik ile karakterize edilir. Isı miktarı formülle belirlenir

Bir maddenin özgül ısı kapasitesiısınmak için gereken ısı miktarıyla ölçülür kütle birimleri bu maddenin 1K kadarı. 1 kg cam veya 1 kg suyu ısıtmak farklı miktarlarda enerji gerektirir. Özgül ısı kapasitesi, tüm maddeler için önceden hesaplanmış, bilinen bir miktardır; fiziksel tablolardaki değere bakınız.

C maddesinin ısı kapasitesi- bu, kütlesini 1K dikkate almadan bir cismi ısıtmak için gerekli olan ısı miktarıdır.

Erime ve kristalleşme

Erime, bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesidir. Ters geçişe kristalleşme denir.

Yıkım için harcanan enerji kristal kafes formülle belirlenen maddeler

Özgül ısı erime her madde için bilinen bir değerdir; fiziksel tablolardaki değere bakınız.

Buharlaşma (buharlaşma veya kaynama) ve yoğunlaşma

Buharlaşma, bir maddenin sıvı (katı) halden gaz haline geçmesidir. Ters süreç yoğunlaşma denir.

Buharlaşmanın özgül ısısı her madde için bilinen bir değerdir; fiziksel tablolardaki değere bakın.

Yanma

Bir maddenin yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarı

Yanma özgül ısısı her madde için bilinen bir değerdir; fiziksel tablolardaki değere bakın.

Kapalı ve adyabatik olarak izole edilmiş bir cisim sistemi için denklem sağlanır ısı dengesi. Cebirsel toplam Isı alışverişine katılan tüm cisimlerin verdiği ve aldığı ısı miktarı sıfırdır:

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

23) Sıvıların yapısı. Yüzey katmanı. Yüzey gerilim kuvveti: tezahür örnekleri, hesaplama, yüzey gerilim katsayısı.

Zaman zaman herhangi bir molekül yakınlardaki boş bir konuma hareket edebilir. Sıvılarda bu tür sıçramalar oldukça sık meydana gelir; bu nedenle moleküller kristallerde olduğu gibi belirli merkezlere bağlı değildir ve sıvının tüm hacmi boyunca hareket edebilirler. Bu, sıvıların akışkanlığını açıklar. Yakın konumdaki moleküller arasındaki güçlü etkileşim nedeniyle, birkaç molekül içeren yerel (kararsız) düzenli gruplar oluşturabilirler. Bu fenomene denir emri kapat(Şekil 3.5.1).

β katsayısı denir sıcaklık katsayısı hacimsel genişleme . Sıvılar için bu katsayı, katılardan onlarca kat daha fazladır. Örneğin su için, 20 °C sıcaklıkta β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, çelik için β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, kuvars camı için β kv ≈ 9 10 – 6 K – 1 .

Suyun termal genleşmesi Dünya'daki yaşam için ilginç ve önemli bir anomaliye sahiptir. 4 °C'nin altındaki sıcaklıklarda sıcaklık düştükçe su genleşir (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Su donduğunda genişler, böylece buz, dondurucu bir su kütlesinin yüzeyinde yüzer halde kalır. Buzun altındaki suyun donma sıcaklığı 0 °C'dir. Rezervuarın tabanındaki daha yoğun su katmanlarında sıcaklık yaklaşık 4 °C'dir. Bu sayede donan rezervuarların sularında hayat olabiliyor.

En ilginç özellik sıvılar varlığıdır serbest yüzey . Sıvı, gazlardan farklı olarak içine döküldüğü kabın hacminin tamamını doldurmaz. Sıvının geri kalanına göre özel koşullarda olan sıvı ile gaz (veya buhar) arasında bir arayüz oluşturulur. Son derece düşük sıkıştırılabilirlik nedeniyle daha yoğun paketlenmiş bir yüzey tabakasının varlığı akılda tutulmalıdır. sıvının hacminde gözle görülür bir değişiklik yaratmaz. Bir molekül yüzeyden sıvıya doğru hareket ederse, moleküller arası etkileşim kuvvetleri pozitif iş yapacaktır. Aksine, belirli sayıda molekülün sıvının derinliğinden yüzeye çekilmesi (yani sıvının yüzey alanının arttırılması) için dış kuvvetlerin pozitif iş yapması gerekir Δ A harici, değişimle orantılı Δ S yüzey alanı:

Bir sistemin denge durumlarının minimum değerine karşılık geldiği mekanikten bilinmektedir. potansiyel enerji. Şunu takip ediyor serbest yüzey Sıvı alanını azaltma eğilimindedir. Bu nedenle serbest bir sıvı damlası küresel bir şekil alır. Sıvı, yüzeyine teğetsel olarak etki eden kuvvetler bu yüzeyi daraltıyor (çekiyor) gibi davranır. Bu kuvvetlere denir yüzey gerilimi kuvvetleri .

Yüzey gerilim kuvvetlerinin varlığı, bir sıvının yüzeyini elastik gerilmiş bir film gibi gösterir; tek fark, filmdeki elastik kuvvetlerin yüzey alanına (yani filmin nasıl deforme olduğuna) ve yüzey gerilimine bağlı olmasıdır. kuvvetler bağımlı değil sıvının yüzey alanında.

Sabunlu su gibi bazı sıvılar ince filmler oluşturma özelliğine sahiptir. Bilinen sabun köpükleri düzenli küresel bir şekle sahiptir; bu aynı zamanda yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisini de gösterir. Eğer içindeyse sabun çözeltisi yanlarından biri hareketli olan tel çerçeveyi indirin, ardından çerçevenin tamamı bir sıvı filmi ile kaplanacaktır (Şekil 3.5.3).

Yüzey gerilimi kuvvetleri filmin yüzeyini azaltma eğilimindedir. Çerçevenin hareketli tarafını dengelemek için şunları uygulamanız gerekir: dış kuvvet Bir kuvvetin etkisi altında çapraz çubuk Δ kadar hareket ederse XΔ işi gerçekleştirilecek A vn = F vn Δ X = Δ E p = σΔ S, burada Δ S = 2LΔ X– sabun filminin her iki tarafının yüzey alanında artış. Kuvvetlerin modülleri aynı olduğundan şunu yazabiliriz:

Böylece yüzey gerilim katsayısı σ şu şekilde tanımlanabilir: yüzeyi sınırlayan çizginin birim uzunluğu başına etki eden yüzey gerilim kuvvetinin modülü.

Sıvı damlacıklarındaki ve içindeki yüzey gerilim kuvvetlerinin etkisi nedeniyle sabun köpüğü aşırı basınç Δ oluşur P. Zihinsel olarak küresel bir yarıçap damlası keserseniz R iki yarıya bölünürse, her biri 2π uzunluğundaki kesme sınırına uygulanan yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi altında dengede olmalıdır. R ve güç aşırı basınçπ alanına etki eden R 2 bölüm (Şekil 3.5.4). Denge koşulu şu şekilde yazılır:

Bu kuvvetler sıvının molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerinden daha büyükse, o zaman sıvı ıslatır yüzey sağlam. Bu durumda sıvı katı cismin yüzeyine belli bir açıyla yaklaşır. dar açıθ, belirli bir sıvı-katı çiftinin karakteristiği. θ açısına denir temas açısı . Sıvı moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri, katı moleküllerle etkileşim kuvvetlerini aşarsa, o zaman θ temas açısının geniş olduğu ortaya çıkar (Şekil 3.5.5). Bu durumda sıvının olduğunu söylüyorlar. ıslanmaz bir katının yüzeyi. Şu tarihte: tam ıslatmaθ = 0, tamamen ıslanmazθ = 180°.

Kılcal fenomen küçük çaplı tüplerdeki sıvının yükselmesi veya alçalması denir - kılcal damarlar. Islatıcı sıvılar kılcal damarlardan yükselir, ıslatmayan sıvılar ise aşağıya doğru iner.

Şek. 3.5.6 belirli bir yarıçapa sahip bir kılcal boruyu göstermektedir R, alt uçta ρ yoğunluğunda bir ıslatma sıvısına indirildi. Kılcal damarın üst ucu açıktır. Kılcal borudaki sıvının yükselişi, kılcal borudaki sıvı kolonuna etki eden yerçekimi kuvveti bileşke büyüklüğüne eşit olana kadar devam eder. F n sıvının kılcal yüzey ile temas sınırı boyunca etki eden yüzey gerilim kuvvetleri: F t = F n, nerede F t = mg = ρ Hπ R 2 G, F n = σ2π Rçünkü θ.

Bundan şu sonuç çıkıyor:

Tamamen ıslanmayan θ = 180° ile cos θ = –1 ve dolayısıyla, H < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Su, temiz cam yüzeyini neredeyse tamamen ıslatır. Aksine cıva cam yüzeyini tamamen ıslatmaz. Bu nedenle cam kılcal damardaki cıva seviyesi kap içindeki civa seviyesinin altına düşer.

24) Buharlaşma: tanımı, çeşitleri (buharlaşma, kaynama), buharlaşma ve yoğunlaşma için gereken ısı miktarının hesaplanması, buharlaşmanın özgül ısısı.

Buharlaşma ve yoğunlaşma. Maddenin moleküler yapısı hakkındaki fikirlere dayanarak buharlaşma olgusunun açıklanması. Özgül buharlaşma ısısı. Birimleri.

Sıvının buhara dönüşme olayına denir buharlaşma.

Buharlaşma - açık bir yüzeyden meydana gelen buharlaşma süreci.

Sıvı moleküller birlikte hareket eder farklı hızlarda. Herhangi bir molekül bir sıvının yüzeyine gelirse, komşu moleküllerin çekimini yenebilir ve sıvının dışına uçabilir. Dışarı atılan moleküller buhar oluşturur. Sıvının geri kalan molekülleri çarpışma anında hız değiştirir. Aynı zamanda bazı moleküller sıvının dışına uçacak kadar hız kazanırlar. Bu işlem, sıvıların yavaşça buharlaşması için devam eder.

* Buharlaşma hızı sıvının türüne bağlıdır. Molekülleri daha az kuvvetle çekilen sıvılar daha hızlı buharlaşır.

*Buharlaşma her sıcaklıkta meydana gelebilir. Ancak yüksek sıcaklıklarda buharlaşma daha hızlı gerçekleşir .

* Buharlaşma hızı yüzey alanına bağlıdır.

*Rüzgar (hava akışı) ile buharlaşma daha hızlı gerçekleşir.

Buharlaşma sırasında iç enerji azalır çünkü Buharlaşma sırasında sıvı hızlı molekülleri bırakır, bu nedenle ortalama hız kalan moleküller azalır. Bu, dışarıdan enerji akışı yoksa sıvının sıcaklığının azaldığı anlamına gelir.

Buharın sıvıya dönüşme olayına denir yoğunlaşma. Buna enerjinin serbest bırakılması eşlik eder.

Buhar yoğunlaşması bulutların oluşumunu açıklar. Yerden yükselen su buharı, havanın üst soğuk katmanlarında minik su damlacıklarından oluşan bulutlar oluşturur.

Özgül buharlaşma ısısı – fiziksel 1 kg ağırlığındaki bir sıvının sıcaklığı değişmeden buhara dönüştürülmesi için ne kadar ısıya ihtiyaç duyulduğunu gösteren bir değer.

Ud. buharlaşma ısısı L harfiyle gösterilir ve J/kg cinsinden ölçülür

Ud. suyun buharlaşma ısısı: L=2,3×10 6 J/kg, alkol L=0,9×10 6

Sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarı: Q = Lm

Bu derste bir cismin ısıtılması için gereken veya soğurken açığa çıkan ısı miktarının nasıl hesaplanacağını öğreneceğiz. Bunu yapmak için önceki derslerde edinilen bilgileri özetleyeceğiz.

Ayrıca ısı miktarı formülünü kullanarak bu formülden kalan miktarları ifade etmeyi ve diğer miktarları bilerek hesaplamayı öğreneceğiz. Isı miktarının hesaplanmasına yönelik bir çözümle ilgili bir problem örneği de dikkate alınacaktır.

Bu ders Bir cisim ısıtıldığında veya soğutulduğunda onun tarafından salındığında ortaya çıkan ısı miktarının hesaplanmasına ayrılmıştır.

Hesaplama yeteneği gerekli miktar sıcaklık çok önemlidir. Bu, örneğin bir odayı ısıtmak için suya verilmesi gereken ısı miktarını hesaplarken gerekli olabilir.

Pirinç. 1. Odayı ısıtmak için suya verilmesi gereken ısı miktarı

Veya çeşitli motorlarda yakıt yandığında açığa çıkan ısı miktarını hesaplamak için:

Pirinç. 2. Motorda yakıt yandığında açığa çıkan ısı miktarı

Bu bilgi, örneğin Güneş'in yaydığı ve Dünya'ya düşen ısı miktarını belirlemek için de gereklidir:

Pirinç. 3. Güneş'in yaydığı ve Dünya'ya düşen ısı miktarı

Isı miktarını hesaplamak için üç şeyi bilmeniz gerekir (Şekil 4):

• vücut ağırlığı (genellikle bir terazi kullanılarak ölçülebilir);
• bir cismin ısıtılması veya soğutulması gereken sıcaklık farkı (genellikle bir termometre kullanılarak ölçülür);
• vücudun spesifik ısı kapasitesi (tablodan belirlenebilir).

Pirinç. 4. Belirlemek için bilmeniz gerekenler

Isı miktarının hesaplandığı formül şöyle görünür:

Bu formülde aşağıdaki miktarlar görünür:

Joule (J) cinsinden ölçülen ısı miktarı;

Bir maddenin özgül ısı kapasitesi;

- sıcaklık farkı, santigrat derece () cinsinden ölçülür.

Isı miktarını hesaplama problemini ele alalım.

Görev

Kütlesi gram olan bir bakır bardak, belirli bir sıcaklıkta hacmi litre olan su içerir. Bir bardak suyun sıcaklığının eşit olması için ne kadar ısının aktarılması gerekir?

Pirinç. 5. Sorun durumlarının gösterimi

Öncelikle şunu yazalım kısa durum (Verilen) ve tüm miktarları uluslararası sisteme (SI) dönüştürün.

Verilen:	Sİ
Bulmak:

Çözüm:

Öncelikle bu sorunu çözmek için başka hangi miktarlara ihtiyacımız olduğunu belirleyin. Özgül ısı kapasitesi tablosunu (Tablo 1) kullanarak (bakırın özgül ısı kapasitesi, çünkü koşul gereği cam bakırdır), (suyun özgül ısı kapasitesi, çünkü koşul gereği camda su vardır) buluruz. Ayrıca ısı miktarını hesaplamak için bir su kütlesine ihtiyacımız olduğunu da biliyoruz. Koşula göre bize sadece hacim veriliyor. Bu nedenle tablodan suyun yoğunluğunu alıyoruz: (Tablo 2).

Masa 1. Bazı maddelerin özgül ısı kapasiteleri,

Masa 2. Bazı sıvıların yoğunlukları

Artık bu sorunu çözmek için ihtiyacımız olan her şeye sahibiz.

Nihai ısı miktarının, bakır camı ısıtmak için gereken ısı miktarı ile içindeki suyu ısıtmak için gereken ısı miktarının toplamından oluşacağını unutmayın:

Önce bakır bir camı ısıtmak için gereken ısı miktarını hesaplayalım:

Suyu ısıtmak için gereken ısı miktarını hesaplamadan önce, 7. sınıftan aşina olduğumuz bir formül kullanarak suyun kütlesini hesaplayalım:

Artık hesaplayabiliriz:

O zaman şunu hesaplayabiliriz:

Kilojoule'un ne anlama geldiğini hatırlayalım. "Kilo" ön eki şu anlama gelir: .

Cevap:.

Isı miktarını (sözde doğrudan problemler) ve bu kavramla ilişkili miktarları bulma problemlerini çözme kolaylığı için aşağıdaki tabloyu kullanabilirsiniz.

Gerekli miktar	Tanım	Ölçü birimleri	Temel formül	Miktar formülü
Isı miktarı

Isı miktarı kavramı, modern fiziğin gelişiminin ilk aşamalarında, hakkında net fikirlerin olmadığı zamanlarda oluşmuştur. iç yapı maddeler, enerji nedir, doğada hangi enerji formları bulunur ve maddenin hareket ve dönüşüm şekli olarak enerji.

Isı miktarı, ısı değişimi sürecinde maddi bir gövdeye aktarılan enerjiye eşdeğer fiziksel bir miktar olarak anlaşılmaktadır.

Eski ısı birimi 4,2 J'ye eşit olan kaloridir; bugün bu birim pratikte kullanılmamaktadır ve yerini joule almıştır.

Başlangıçta, termal enerjinin taşıyıcısının, sıvı özelliklerine sahip, tamamen ağırlıksız bir ortam olduğu varsayılmıştı. Isı transferiyle ilgili çok sayıda fiziksel problem bu önermeye dayanarak çözülmüştür ve hala çözülmektedir. Varsayımsal kalorinin varlığı, esasen doğru olan birçok yapının temelini oluşturuyordu. Isıtma ve soğutma, erime ve kristalleşme olaylarında kalorinin salındığına ve emildiğine inanılıyordu. Yanlış fiziksel kavramlara dayanarak ısı transferi işlemleri için doğru denklemler elde edildi. Isı miktarının, ısı değişimine katılan vücudun kütlesi ve sıcaklık gradyanı ile doğru orantılı olduğu bilinen bir yasa vardır:

Q'nun ısı miktarı olduğu yerde, m vücut kütlesidir ve katsayı İle– özgül ısı kapasitesi adı verilen bir miktar. Spesifik ısı kapasitesi, sürece dahil olan maddenin bir özelliğidir.

Termodinamikte çalışmak

Isıl işlemler sonucunda temiz mekanik iş. Örneğin bir gaz ısındığında hacmi artar. Aşağıdaki resimdeki gibi bir durumu ele alalım:

İÇİNDE bu durumda mekanik iş ortaya çıkacak eşit güç Piston üzerindeki gaz basıncı, pistonun basınç altında kat ettiği mesafe ile çarpılır. Elbette bu en basit durumdur. Ancak bunda bile bir zorluk fark edilebilir: Basınç kuvveti gazın hacmine bağlı olacaktır; bu, sabitlerle değil, değişken büyüklüklerle uğraştığımız anlamına gelir. Üç değişkenin tümü (basınç, sıcaklık ve hacim) birbiriyle ilişkili olduğundan, hesaplama işi önemli ölçüde daha karmaşık hale gelir. Bazı ideal, sonsuz derecede yavaş süreçler vardır: izobarik, izotermal, adyabatik ve izokorik - bunlar için bu tür hesaplamalar nispeten basit bir şekilde gerçekleştirilebilir. Basınç-hacim grafiği çizilir ve iş, formun bir integrali olarak hesaplanır.

Ocakta ne daha hızlı ısınır - su ısıtıcısı mı yoksa bir kova su mu? Cevap açık; bir çaydanlık. O zaman ikinci soru neden?

Cevap daha az açık değil - çünkü su ısıtıcısındaki suyun kütlesi daha az. Harika. Ve şimdi gerçek şeyi kendin yapabilirsin fiziksel deneyim evde. Bunu yapmak için iki özdeş küçük tencereye, eşit miktarda suya ve bitkisel yağörneğin yarım litre ve bir ocak. Yağ ve su dolu tencereleri aynı ateşe koyun. Şimdi neyin daha hızlı ısınacağını izleyin. Sıvılar için termometreniz varsa kullanabilirsiniz; yoksa zaman zaman parmağınızla sıcaklığı test edebilirsiniz, sadece yanmamaya dikkat edin. Her durumda, yakında yağın önemli ölçüde ısındığını göreceksiniz. sudan daha hızlı. Ve deneyim biçiminde de uygulanabilecek bir soru daha. Hangisi daha hızlı kaynayacak - ılık su yoksa soğuk mu? Her şey yine açık - sıcak olan bitiş çizgisinde ilk olacak. Bütün bu garip sorular ve deneyler neden? Belirlemek için fiziksel miktar"ısı miktarı" denir.

Isı miktarı

Isı miktarı, bir vücudun ısı transferi sırasında kaybettiği veya kazandığı enerjidir. Adından da bu anlaşılıyor. Soğurken vücut belirli bir miktar ısı kaybedecek ve ısıtıldığında emecektir. Ve sorularımızın cevapları bize gösterdi Isı miktarı neye bağlıdır? Birincisi, bir cismin kütlesi ne kadar büyükse, sıcaklığını bir derece değiştirmek için harcanması gereken ısı miktarı da o kadar büyük olur. İkincisi, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı, onun oluştuğu maddeye, yani maddenin cinsine bağlıdır. Üçüncüsü, ısı transferinden önceki ve sonraki vücut ısısındaki fark da hesaplamalarımız için önemlidir. Yukarıdakilere dayanarak şunları yapabiliriz: formülü kullanarak ısı miktarını belirleyin:

burada Q ısı miktarıdır,
m - vücut ağırlığı,
(t_2-t_1) - başlangıç ​​ve son vücut sıcaklıkları arasındaki fark,
c, ilgili tablolardan bulunan maddenin spesifik ısı kapasitesidir.

Bu formülü kullanarak herhangi bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarını veya bu cismin soğurken açığa çıkaracağı ısı miktarını hesaplayabilirsiniz.

Isı miktarı, herhangi bir enerji türü gibi joule (1 J) cinsinden ölçülür. Ancak bu değer çok uzun zaman önce ortaya çıkmadı ve insanlar ısı miktarını çok daha erken ölçmeye başladı. Ve zamanımızda yaygın olarak kullanılan bir birim olan kaloriyi (1 cal) kullandılar. 1 kalori, 1 gram suyu 1 santigrat derece ısıtmak için gereken ısı miktarıdır. Bu verilerden yola çıkarak yedikleri yiyeceklerin kalorisini saymayı sevenler, sırf eğlence olsun diye, yiyeceklerle birlikte tükettikleri enerjiyle gün içinde kaç litre su kaynatılabileceğini hesaplayabiliyor.