دعونا الآن نقدم خاصية ديناميكية حرارية مهمة للغاية تسمى السعة الحرارية الأنظمة(يشار إليها تقليديا بالحرف معبمؤشرات مختلفة).
السعة الحرارية - القيمة مادة مضافة، يعتمد ذلك على كمية المادة في النظام. لذلك ، نقدم أيضًا حرارة نوعية
|
حرارة نوعيةهي السعة الحرارية لكل وحدة كتلة للمادة |
و السعة الحرارية المولية
|
السعة الحرارية الموليةهي السعة الحرارية لمول واحد من مادة ما |
نظرًا لأن كمية الحرارة ليست وظيفة حالة وتعتمد على العملية ، فإن السعة الحرارية ستعتمد أيضًا على طريقة توفير الحرارة للنظام. لفهم هذا ، دعونا نتذكر القانون الأول للديناميكا الحرارية. قسمة المساواة ( 2.4
) لكل زيادة أولية في درجة الحرارة المطلقة دي تي ،نحصل على العلاقة
|
|
المصطلح الثاني ، كما رأينا ، يعتمد على نوع العملية. نلاحظ أنه في الحالة العامة للنظام غير المثالي ، لا يمكن إهمال تفاعل الجسيمات (الجزيئات ، والذرات ، والأيونات ، وما إلى ذلك) (انظر ، على سبيل المثال ، الفقرة 2.5 أدناه ، حيث غاز فان دير فالس تعتبر) ، الطاقة الداخلية لا تعتمد فقط على درجة الحرارة ، ولكن أيضًا على حجم النظام. يفسر ذلك حقيقة أن طاقة التفاعل تعتمد على المسافة بين الجسيمات المتفاعلة. عندما يتغير حجم النظام ، يتغير تركيز الجسيمات ، على التوالي ، يتغير متوسط المسافة بينهما ، ونتيجة لذلك ، تتغير طاقة التفاعل والطاقة الداخلية للنظام بالكامل. بمعنى آخر ، في الحالة العامة للنظام غير المثالي
لذلك ، في الحالة العامة ، لا يمكن كتابة المصطلح الأول كمشتق كلي ، يجب استبدال المشتق الكلي بمشتق جزئي مع إشارة إضافية للقيمة الثابتة التي يتم حسابها. على سبيل المثال ، بالنسبة لعملية isochoric:
.
أو لعملية متساوية الضغط
يتم حساب المشتق الجزئي المتضمن في هذا التعبير باستخدام معادلة حالة النظام ، مكتوبة كـ. على سبيل المثال ، في حالة معينة من الغاز المثالي
هذا المشتق
.
سننظر في حالتين خاصتين تقابلان عملية الإمداد الحراري:
- حجم ثابت
- ضغط متواصلفي النظام.
في الحالة الأولى ، العمل دأ = 0ونحصل على السعة الحرارية السيرة الذاتيةغاز مثالي بحجم ثابت:
مع الأخذ في الاعتبار الحجز الذي تم إجراؤه أعلاه ، يجب كتابة علاقة النظام غير المثالية (2.19) بالشكل التالي نظرة عامة
استبدال في 2.7
على ، وبعد ذلك ، نحصل على الفور على:
.
لحساب السعة الحرارية للغاز المثالي مع pعند ضغط مستمر ( موانئ دبي = 0) نأخذ في الاعتبار ذلك من المعادلة ( 2.8
) يتبع تعبير العمل الأولي مع تغيير متناهي الصغر في درجة الحرارة
وصلنا في النهاية
|
|
بقسمة هذه المعادلة على عدد مولات مادة ما في النظام ، نحصل على علاقة مماثلة لقدرات الحرارة المولية عند حجم وضغط ثابتين ، تسمى نسبة ماير
|
|
كمرجع الصيغة العامة- بالنسبة لنظام تعسفي - ربط السعات الحرارية متساوي الضغط ومتساوي الضغط:
يتم الحصول على التعبيرات (2.20) و (2.21) من هذه الصيغة بالتعويض عنها بالتعبير عن الطاقة الداخليةغاز مثالي 
وباستخدام معادلته للحالة (انظر أعلاه):
.
السعة الحرارية لكتلة معينة من مادة ما عند ضغط ثابت أكبر من السعة الحرارية عند حجم ثابت ، حيث يتم إنفاق جزء من الطاقة الموردة على القيام بالعمل وهناك حاجة إلى مزيد من الحرارة لنفس التسخين. لاحظ أنه من (2.21) يتبع المعنى المادي لثابت الغاز:
وبالتالي ، فإن السعة الحرارية لا تعتمد فقط على نوع المادة ، ولكن أيضًا على الظروف التي تحدث فيها عملية تغير درجة الحرارة.
كما نرى ، السعات الحرارية متساوية الضغط ومتساوية الضغط للغاز المثالي لا تعتمد على درجة حرارة الغاز ؛ بالنسبة للمواد الحقيقية ، تعتمد هذه السعات الحرارية ، بشكل عام ، أيضًا على درجة الحرارة نفسها. تي.
يمكن أيضًا الحصول على السعات الحرارية متساوية الضغط ومتساوية الضغط للغاز المثالي مباشرة من تعريف عام، إذا استخدمنا الصيغ أعلاه ( 2.7) و (2.10) لكمية الحرارة التي يحصل عليها الغاز المثالي في هذه العمليات.
لعملية isochoric ، التعبير عن السيرة الذاتيةمتابعه من ( 2.7):
|
|
بالنسبة لعملية متساوية الضغط ، فإن التعبير عن ج صيتبع من (2.10):
|
|
ل القدرات الحرارية الموليةومن هنا يتم الحصول على التعبيرات التالية
نسبة السعات الحرارية تساوي مؤشر ثابت الحرارة:
على المستوى الديناميكي الحراري ، من المستحيل التنبؤ بالقيمة العددية ز؛ تمكنا من القيام بذلك فقط عند النظر في الخصائص المجهرية للنظام (انظر التعبير (1.19) ، وكذلك ( 1.28
) لخليط الغازات). من الصيغتين (1.19) و (2.24) ، تتبع التنبؤات النظرية السعة الحرارية المولارية للغازات والأس ثابت الحرارة.
الغازات أحادية الذرة (أنا = 3):
|
|
الغازات ثنائية الذرة (أنا = 5):
|
|
الغازات متعددة الذرات (أنا = 6):
|
|
البيانات التجريبية لـ مواد مختلفةموضحة في الجدول 1.
الجدول 1
|
مادة |
ز |
||
يمكن ملاحظة أن النموذج البسيط للغازات المثالية يصف بشكل عام خصائص الغازات الحقيقية جيدًا. لاحظ أنه تم الحصول على الاتفاقية دون مراعاة درجات الحرية الاهتزازية لجزيئات الغاز.
لقد قدمنا أيضًا قيم السعة الحرارية المولية لبعض المعادن عند درجة حرارة الغرفة. إذا تخيلت شعرية الكريستالالمعدن كمجموعة مرتبة من الكرات الصلبة المتصلة بواسطة نوابض بالكرات المجاورة ، ثم يمكن لكل جسيم أن يتأرجح فقط في ثلاثة اتجاهات ( أنا أعول = 3) ، وكل درجة من هذه الحرية مرتبطة بحركية ك V T / 2ونفس الطاقة الكامنة. لذلك ، فإن الجسيم البلوري له طاقة داخلية (متذبذبة) ك ف ت.بالضرب في رقم Avogadro ، نحصل على الطاقة الداخلية لمول واحد
من أين تأتي قيمة السعة الحرارية المولية
(بسبب معامل التمدد الحراري الصغير المواد الصلبةلا يميزون مع صو السيرة الذاتية). تسمى العلاقة المذكورة أعلاه للسعة الحرارية المولية للمواد الصلبة قانون Dulong و Petit ،ويظهر الجدول تطابقًا جيدًا للقيمة المحسوبة
مع التجربة.
عند الحديث عن التوافق الجيد بين النسب المذكورة أعلاه والبيانات التجريبية ، تجدر الإشارة إلى أنه يتم ملاحظتها فقط في نطاق درجة حرارة معينة. بمعنى آخر ، تعتمد السعة الحرارية للنظام على درجة الحرارة ، والصيغ (2.24) لها نطاق محدود. النظر في الشكل الأول. 2.10 ، مما يدل على الاعتماد التجريبي للسعة الحرارية مع التلفازغاز الهيدروجين من درجة الحرارة المطلقة ت.
أرز. 2.10. السعة الحرارية المولية للهيدروجين الغازي Н2 بحجم ثابت كدالة لدرجة الحرارة (بيانات تجريبية)
أدناه ، للإيجاز ، نتحدث عن عدم وجود درجات معينة من الحرية في الجزيئات في نطاقات درجات حرارة معينة. مرة أخرى ، نتذكر أننا نتحدث بالفعل عن ما يلي. لأسباب كمومية ، فإن المساهمة النسبية في الطاقة الداخلية للغاز لأنواع الحركة الفردية تعتمد حقًا على درجة الحرارة وفي فترات معينة من درجات الحرارة يمكن أن تكون صغيرة جدًا لدرجة أنه في التجربة - يتم إجراؤها دائمًا بدقة محدودة - لا يمكن ملاحظتها. تبدو نتيجة التجربة كما لو أن هذه الأنواع من الحركة غير موجودة ، ولا توجد درجات حرية مقابلة. يتم تحديد عدد وطبيعة درجات الحرية من خلال بنية الجزيء والأبعاد الثلاثية لفضائنا - لا يمكن الاعتماد على درجة الحرارة.
تعتمد المساهمة في الطاقة الداخلية على درجة الحرارة ويمكن أن تكون صغيرة.
في درجات حرارة أقل 100 كالسعة الحرارية
مما يشير إلى عدم وجود كل من درجات الحرية الدورانية والاهتزازية في الجزيء. علاوة على ذلك ، مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد السعة الحرارية بسرعة إلى القيمة الكلاسيكية
سمة من سمات جزيء ثنائي الذرة برابطة صلبة ، حيث لا توجد درجات حرية اهتزازية. في درجات حرارة أعلى 2000 كتكتشف السعة الحرارية قفزة جديدة في القيمة
تشير هذه النتيجة أيضًا إلى ظهور درجات الحرية الاهتزازية. لكن كل هذا لا يزال يبدو غير قابل للتفسير. لماذا لا يدور الجزيء؟ درجات الحرارة المنخفضة؟ ولماذا لا تحدث الاهتزازات في الجزيء إلا عند ارتفاع عالٍ جدًا درجات حرارة عالية؟ في الفصل السابق ، تم تقديم مناقشة نوعية موجزة للأسباب الكمية لهذا السلوك. والآن يمكننا فقط أن نكرر أن الأمر برمته يعود إلى ظواهر كمية محددة لا يمكن تفسيرها من وجهة نظر الفيزياء الكلاسيكية. تمت مناقشة هذه الظواهر بالتفصيل في أقسام لاحقة من الدورة.
http://www.plib.ru/library/book/14222.html - Yavoursky BM، Detlaf A.A. كتيب الفيزياء والعلوم ، 1977 - ص 236 - جدول درجات حرارة "تشغيل" مميزة لدرجات اهتزازية ودوران حرية الجزيئات لبعض الغازات المحددة ؛
دعونا ننتقل الآن إلى الشكل. 2.11 ، تمثل اعتماد السعات الحرارية المولية لثلاثة العناصر الكيميائية(بلورات) على درجة الحرارة. عند درجات الحرارة المرتفعة ، تميل المنحنيات الثلاثة جميعها إلى نفس القيمة
المطابق لقانون Dulong و Petit. الرصاص (Pb) والحديد (Fe) عمليًا لهما هذه السعة الحرارية المقيدة بالفعل في درجة حرارة الغرفة.
أرز. 2.11. اعتماد السعة الحرارية المولية لثلاثة عناصر كيميائية - بلورات الرصاص والحديد والكربون (الماس) - على درجة الحرارة
بالنسبة للماس (C) ، فإن درجة الحرارة هذه ليست عالية بما يكفي. وفي درجات الحرارة المنخفضة ، تظهر المنحنيات الثلاثة انحرافًا كبيرًا عن قانون Dulong و Petit. هذا مظهر آخر من مظاهر الخصائص الكمومية للمادة. تبين أن الفيزياء الكلاسيكية عاجزة عن تفسير العديد من الانتظامات التي لوحظت في درجات الحرارة المنخفضة.
معلومات إضافية
http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm - J. de Boer مقدمة في الفيزياء الجزيئية والديناميكا الحرارية ، إد. IL ، 1962 - الصفحات 106-107 ، الجزء الأول ، § 12 - مساهمة الإلكترونات في السعة الحرارية للمعادن عند درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق;
http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - بيرلمان Ya.I. هل تعرف الفيزياء؟ مكتبة "الكم" ، العدد 82 ، العلوم ، 1992. صفحة 132 ، السؤال 137: أي الأجسام لديها أعلى سعة حرارية (انظر الإجابة في ص 151) ؛
http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - بيرلمان Ya.I. هل تعرف الفيزياء؟ مكتبة "الكم" ، العدد 82 ، العلوم ، 1992. صفحة 132 ، السؤال 135: حول تسخين المياه في ثلاث حالات - صلبة وسائلة وبخار (انظر الإجابة في الصفحة 151) ؛
http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1478.html - الموسوعة المادية. قياس السعرات الحرارية. تم وصف طرق قياس السعات الحرارية.
(أو نقل الحرارة).
السعة الحرارية النوعية للمادة.
السعة الحراريةهي كمية الحرارة التي يمتصها الجسم عند تسخينه بدرجة واحدة.
يشار إلى السعة الحرارية للجسم بأحرف كبيرة حرف لاتيني مع.
ما الذي يحدد السعة الحرارية للجسم؟ بادئ ذي بدء ، من كتلته. من الواضح أن التسخين ، على سبيل المثال ، كيلوغرام واحد من الماء يتطلب حرارة أكثر من تسخين 200 جرام.
ماذا عن نوع المادة؟ لنقم بتجربة. دعونا نأخذ إناءين متطابقين ، وبعد أن سكبنا ماء كتلته 400 في أحدهما ، وفي الآخر زيت نباتيبوزن 400 جرام ، سنبدأ في تسخينها بمساعدة الشعلات المماثلة. من خلال مراقبة قراءات موازين الحرارة ، سنرى أن الزيت يسخن بسرعة. لتسخين الماء والزيت إلى نفس درجة الحرارة ، يجب تسخين الماء لفترة أطول. لكن كلما طالت مدة تسخين الماء ، زادت الحرارة التي يتلقاها من الموقد.
وهكذا ، لتسخين نفس الكتلة مواد مختلفةإلى نفس درجة الحرارة المطلوبة كمية مختلفةالدفء. كمية الحرارة المطلوبة لتسخين الجسم ، وبالتالي ، قدرته الحرارية تعتمد على نوع المادة التي يتكون منها هذا الجسم.
لذلك ، على سبيل المثال ، لزيادة درجة حرارة الماء بكتلة 1 كجم بمقدار 1 درجة مئوية ، يلزم وجود كمية حرارة تساوي 4200 J ، وتسخين نفس الكتلة بمقدار 1 درجة مئوية زيت عباد الشمسمطلوب كمية حرارة تساوي 1700 J.
تسمى الكمية الفيزيائية التي توضح مقدار الحرارة المطلوبة لتسخين 1 كجم من مادة بمقدار 1 درجة مئوية حرارة نوعيةهذه المادة.
كل مادة لها سعة حرارية خاصة بها ، والتي يُشار إليها بالحرف اللاتيني c ويتم قياسها بالجول لكل كيلوغرام درجة (J / (كجم درجة مئوية)).
تختلف السعة الحرارية المحددة لنفس المادة في حالات التجميع المختلفة (الصلبة والسائلة والغازية). على سبيل المثال ، السعة الحرارية النوعية للماء هي 4200 J / (kg С) ، والسعة الحرارية النوعية للجليد هي 2100 J / (kg С) ؛ الألومنيوم في الحالة الصلبة له سعة حرارية محددة تبلغ 920 J / (كجم - درجة مئوية) ، وفي الحالة السائلة تبلغ 1080 جول / (كجم - درجة مئوية).
لاحظ أن الماء له سعة حرارية عالية جدًا. لذلك ، فإن الماء في البحار والمحيطات ، الذي يسخن في الصيف ، يمتص من الهواء عدد كبير منحرارة. نتيجة لذلك ، في تلك الأماكن التي تقع بالقرب من المسطحات المائية الكبيرة ، لا يكون الصيف حارًا كما هو الحال في الأماكن البعيدة عن الماء.
حساب كمية الحرارة المطلوبة لتسخين الجسم أو التي يطلقها أثناء التبريد.
مما سبق يتضح أن كمية الحرارة اللازمة لتسخين الجسم تعتمد على نوع المادة التي يتكون منها الجسم (أي السعة الحرارية المحددة له) وعلى كتلة الجسم. من الواضح أيضًا أن كمية الحرارة تعتمد على عدد درجات زيادة درجة حرارة الجسم.
لذلك ، لتحديد كمية الحرارة المطلوبة لتسخين الجسم أو التي يطلقها أثناء التبريد ، تحتاج إلى ضرب الحرارة النوعية للجسم في كتلته والفرق بين درجات الحرارة النهائية والأولية:
س = سم (ر 2 - ر 1 ) ,
أين س- كمية الحرارة ، جهي السعة الحرارية المحددة ، م- كتلة الجسم ، ر 1 - درجة الحرارة الأولية ، ر 2 هي درجة الحرارة النهائية.
عندما يسخن الجسم ر 2> ر 1 وبالتالي س > 0 . عندما يبرد الجسم ر 2 و< ر 1 وبالتالي س< 0 .
إذا كانت السعة الحرارية لكامل الجسم معروفة مع, سيتم تحديده من خلال الصيغة:
س \ u003d ج (ر 2 - ر 1 ) .
السعة الحرارية النوعية هي خاصية لمادة ما. أي أنها تختلف باختلاف المواد. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نفس المادة ، ولكن في حالات التجميع المختلفة ، لها سعات حرارية مختلفة. وبالتالي ، فمن الصحيح أن نتحدث حرارة نوعيةالمواد (الحرارة النوعية للماء ، الحرارة النوعية للذهب ، الحرارة النوعية للخشب ، إلخ).
تُظهر السعة الحرارية النوعية لمادة معينة مقدار الحرارة (Q) التي يجب نقلها إليها لتسخين كيلوغرام واحد من هذه المادة بمقدار درجة واحدة مئوية. يتم الإشارة إلى السعة الحرارية المحددة بالحرف اللاتيني c. وهذا هو ، ج = س / طن متري. بالنظر إلى أن t و m يساوي واحدًا (1 كجم و 1 درجة مئوية) ، فإن السعة الحرارية النوعية تساوي عددًا كمية الحرارة.
ومع ذلك ، فإن الحرارة والحرارة النوعية لها وحدات مختلفة. يتم قياس الحرارة (Q) في نظام C بالجول (J). وتكون السعة الحرارية النوعية بالجول مقسومة على كيلوجرام مضروبًا في درجة مئوية: J / (كجم درجة مئوية).
إذا كانت السعة الحرارية النوعية لمادة ما ، على سبيل المثال ، 390 جول / (كجم درجة مئوية) ، فهذا يعني أنه إذا تم تسخين 1 كجم من هذه المادة بمقدار 1 درجة مئوية ، فسوف تمتص الحرارة 390 جول. أو بعبارة أخرى ، من أجل تسخين 1 كجم من هذه المادة بمقدار 1 درجة مئوية ، يجب نقل 390 J من الحرارة إليها. أو ، إذا تم تبريد 1 كجم من هذه المادة بمقدار 1 درجة مئوية ، فإنها ستطلق 390 J من الحرارة.
ومع ذلك ، إذا لم يتم تسخين 1 كجم من مادة ما بمقدار 1 درجة مئوية ، فيجب نقل ضعف كمية الحرارة إليها. لذلك بالنسبة للمثال أعلاه ، سيكون بالفعل 780 ج. سيحدث نفس الشيء إذا تم تسخين 1 كجم من مادة ما بمقدار 2 درجة مئوية.
لا تعتمد السعة الحرارية النوعية لمادة ما على درجة حرارتها الأولية. أي ، على سبيل المثال ، إذا كان الماء السائل له سعة حرارية محددة تبلغ 4200 جول / (كجم درجة مئوية) ، فإن تسخين الماء حتى عشرين درجة أو تسعين درجة مئوية بمقدار 1 درجة مئوية سيتطلب بالتساوي 4200 جول من الحرارة لكل 1 كجم .
لكن للجليد سعة حرارية محددة تختلف عن الماء السائل، أقل مرتين تقريبًا. ومع ذلك ، من أجل تسخينه بمقدار 1 درجة مئوية ، يلزم نفس مقدار الحرارة لكل 1 كجم ، بغض النظر عن درجة حرارته الأولية.
لا تعتمد السعة الحرارية النوعية أيضًا على شكل الجسم ، المصنوع من مادة معينة. سيتطلب قضيب فولاذي وصفائح فولاذية ، لهما نفس الكتلة ، نفس القدر من الحرارة لتسخينهما بنفس العدد من الدرجات. شيء آخر هو أنه في هذه الحالة يجب على المرء إهمال تبادل الحرارة مع بيئة. الصفيحة ذات سطح أكبر من العارضة ، مما يعني أن الصفيحة تنبعث منها مزيدًا من الحرارة ، وبالتالي ستبرد بشكل أسرع. لكن في ظل الظروف المثالية (عندما يمكن إهمال فقدان الحرارة) ، لا يلعب شكل الجسم دورًا. لذلك يقولون أن الحرارة النوعية هي خاصية لمادة ما ، ولكنها ليست خاصية الجسم.
لذلك ، تختلف السعة الحرارية النوعية للمواد المختلفة. هذا يعني أنه إذا تم إعطاء مواد مختلفة من نفس الكتلة ودرجة الحرارة نفسها ، فمن أجل تسخينها إلى درجة حرارة مختلفة ، فإنها تحتاج إلى نقل كمية مختلفة من الحرارة. على سبيل المثال ، يتطلب كيلوغرام من النحاس حرارة أقل بحوالي 10 مرات من الماء. أي أن السعة الحرارية النوعية للنحاس أقل بحوالي 10 مرات من قدرة الماء. يمكننا القول أنه "يتم وضع حرارة أقل في النحاس".
يتم حساب كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى الجسم لتسخينه من درجة حرارة إلى أخرى بالصيغة التالية:
س \ u003d سم (ر إلى - ر ن)
هنا t و t n هما درجتا الحرارة الابتدائية والنهائية ، و m هي كتلة المادة ، و c هي الحرارة النوعية. عادة ما يتم أخذ السعة الحرارية المحددة من الجداول. من هذه الصيغة ، يمكن التعبير عن السعة الحرارية المحددة.
يتميز التغيير في الطاقة الداخلية من خلال العمل بكمية العمل ، أي العمل هو مقياس للتغيير في الطاقة الداخلية في عملية معينة. يتميز التغير في الطاقة الداخلية للجسم أثناء انتقال الحرارة بكمية تسمى كمية الحرارة.
هو التغير في الطاقة الداخلية للجسم في عملية نقل الحرارة دون القيام بأي عمل. يتم الإشارة إلى مقدار الحرارة بالحرف س .
يتم قياس العمل والطاقة الداخلية وكمية الحرارة بنفس الوحدات - جول ( ي) ، مثل أي شكل آخر من أشكال الطاقة.
في القياسات الحرارية ، وحدة خاصة للطاقة ، السعرات الحرارية ( البراز)، يساوي كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 جرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية (بتعبير أدق ، من 19.5 إلى 20.5 درجة مئوية). تستخدم هذه الوحدة ، على وجه الخصوص ، حاليًا في حساب استهلاك الحرارة (الطاقة الحرارية) في المباني السكنية. تجريبيًا ، تم إنشاء المكافئ الميكانيكي للحرارة - النسبة بين السعرات الحرارية والجول: 1 كال = 4.2 جول.
عندما ينقل الجسم كمية معينة من الحرارة دون القيام بأي عمل ، تزداد طاقته الداخلية ، وإذا أطلق الجسم كمية معينة من الحرارة ، فإن طاقته الداخلية تنخفض.
إذا صببت 100 جرام من الماء في وعاءين متطابقين ، و 400 جرام في وعاء آخر بنفس درجة الحرارة ووضعتهما على نفس الشعلات ، فإن الماء في الوعاء الأول سيغلي في وقت مبكر. وبالتالي ، كلما زادت كتلة الجسم ، زادت كمية الحرارة التي يحتاجها للتسخين. الشيء نفسه ينطبق على التبريد.
تعتمد كمية الحرارة المطلوبة لتسخين الجسم أيضًا على نوع المادة التي يتكون منها هذا الجسم. هذا الاعتماد على كمية الحرارة المطلوبة لتسخين الجسم على نوع المادة يتميز بكمية فيزيائية تسمى السعة الحرارية محددة مواد.
- هذا الكمية المادية، تساوي كمية الحرارة التي يجب الإبلاغ عنها إلى 1 كجم من مادة لتسخينها بمقدار 1 درجة مئوية (أو 1 كلفن). تنبعث نفس الكمية من الحرارة بمقدار 1 كجم من مادة عند تبريدها بمقدار 1 درجة مئوية.
يتم الإشارة إلى السعة الحرارية المحددة بالحرف مع. وحدة السعة الحرارية النوعية هي 1 جول / كجم درجة مئويةأو 1 جول / كجم درجة كلفن.
يتم تحديد قيم السعة الحرارية النوعية للمواد بشكل تجريبي. السوائل ذات سعة حرارية أعلى من المعادن ؛ يحتوي الماء على أعلى سعة حرارية محددة ، والذهب لديه سعة حرارية صغيرة جدًا.
نظرًا لأن كمية الحرارة تساوي التغير في الطاقة الداخلية للجسم ، يمكننا القول أن السعة الحرارية المحددة توضح مقدار تغير الطاقة الداخلية 1 كجمالمادة عندما تتغير درجة حرارتها 1 درجة مئوية. على وجه الخصوص ، تزداد الطاقة الداخلية بمقدار 1 كجم من الرصاص ، عند تسخينه بمقدار 1 درجة مئوية ، بمقدار 140 جول ، وعندما يتم تبريده ، تقل بمقدار 140 ج.
سالمطلوبة لتسخين كتلة الجسم مدرجة حرارة ر 1 درجة مئويةتصل إلى درجة الحرارة ر 2 درجة مئوية، يساوي ناتج السعة الحرارية النوعية للمادة وكتلة الجسم والفرق بين درجات الحرارة النهائية والأولية ، أيس \ u003d ج ∙ م (ر 2 - ر 1)
وفقًا لنفس الصيغة ، يتم أيضًا حساب كمية الحرارة التي يطلقها الجسم عند تبريده. فقط في هذه الحالة يجب طرح درجة الحرارة النهائية من درجة الحرارة الأولية ، أي اطرح درجة الحرارة الأصغر من درجة الحرارة الأكبر.
هذا ملخص عن الموضوع. "كمية الحرارة. حرارة نوعية". اختر الخطوات التالية:
- انتقل إلى الملخص التالي:
في درس اليوم ، سوف نقدم مفهومًا فيزيائيًا مثل السعة الحرارية النوعية للمادة. نحن نعلم أن ذلك يعتمد على الخواص الكيميائيةالمواد وقيمتها التي يمكن العثور عليها في الجداول تختلف باختلاف المواد. بعد ذلك سنكتشف وحدات القياس ومعادلة إيجاد السعة الحرارية المحددة ، ونتعلم أيضًا كيفية تحليل الخصائص الحرارية للمواد من خلال قيمة السعة الحرارية المحددة لها.
المسعر(من اللات. سعرات حرارية- دافئة و النيزك- القياس) - جهاز لقياس كمية الحرارة المنبعثة أو الممتصة في أي عملية فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية. مصطلح "المسعر" اقترحه A. Lavoisier و P. Laplace.
يتكون المسعر من غطاء زجاجي داخلي وخارجي. من المهم جدًا في تصميم المسعر أن تكون هناك طبقة هوائية بين الأوعية الصغيرة والأكبر ، والتي ، بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة ، توفر نقلًا ضعيفًا للحرارة بين المحتويات والبيئة الخارجية. يتيح هذا التصميم اعتبار المسعر نوعًا من الترمس والتخلص عمليًا من التأثيرات بيئة خارجيةعلى مسار عمليات نقل الحرارة داخل المسعر.
يهدف المسعر إلى قياسات أكثر دقة للقدرات الحرارية المحددة والمعلمات الحرارية الأخرى للأجسام مما هو مذكور في الجدول.
تعليق.من المهم أن نلاحظ أن مفهومًا مثل مقدار الحرارة ، والذي نستخدمه كثيرًا ، لا ينبغي الخلط بينه وبين الطاقة الداخلية للجسم. تحدد كمية الحرارة بدقة التغير في الطاقة الداخلية ، وليس قيمتها المحددة.
لاحظ أن السعة الحرارية النوعية للمواد المختلفة مختلفة ، وهو ما يمكن رؤيته من الجدول (الشكل 3). على سبيل المثال ، الذهب له سعة حرارية محددة. كما أشرنا سابقًا ، فإن المعنى المادي لهذه السعة الحرارية المحددة يعني أنه من أجل تسخين 1 كجم من الذهب بمقدار 1 درجة مئوية ، يجب تزويده بـ 130 J من الحرارة (الشكل 5).
أرز. 5. السعة الحرارية النوعية للذهب
في الدرس التالي ، سنناقش كيفية حساب كمية الحرارة.
قائمةالأدب
- جيندنشتاين إل إي ، كايدالوف أ.ب. ، كوزيفنيكوف ف.ب. / إد. Orlova V.A.، Roizena I.I. الفيزياء 8. - م: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. الفيزياء 8. - م: بوستارد ، 2010.
- فاديفا أ.أ ، زاسوف أ.ف. ، كيسيليف د. الفيزياء 8. - م: التنوير.
- بوابة الإنترنت "vactekh-holod.ru" ()
العمل في المنزل