Bildiğimiz gibi, bir cismin iç enerjisi hem iş yaparken hem de (iş yapmadan) ısı transferi ile değişebilir. İş ile ısı miktarı arasındaki temel fark, işin dönüşüm sürecini belirlemesidir. içsel enerji enerjinin bir türden diğerine dönüşümü ile birlikte olan sistem.
İç enerjideki değişimin yardımı ile ilerlemesi durumunda ısı transferi, enerjinin bir vücuttan diğerine transferi nedeniyle gerçekleştirilir. termal iletkenlik, radyasyon veya konveksiyon.
Bir cismin ısı alışverişi sırasında kaybettiği veya kazandığı enerjiye denir. sıcaklık miktarı.
Isı miktarını hesaplarken, onu hangi miktarların etkilediğini bilmeniz gerekir.
İki özdeş brülörden iki kabı ısıtacağız. Bir kapta 1 kg su, diğerinde - 2 kg. İki kaptaki suyun sıcaklığı başlangıçta aynıdır. Her iki kap da aynı miktarda ısı almasına rağmen aynı anda kaplardan birindeki suyun daha hızlı ısındığını görebiliriz.
Böylece şu sonuca varıyoruz: kütle ne kadar büyükse verilen vücut, sıcaklığını aynı sayıda derece düşürmek veya yükseltmek için daha fazla ısı harcanmalıdır.
Vücut soğuduğunda, komşu nesnelere ısı miktarı arttıkça kütlesi de artar.
Hepimiz biliyoruz ki, dolu bir su ısıtıcısını 50°C'ye kadar ısıtmamız gerekirse, bu eylem için aynı hacimde suyla ancak yalnızca 100°C'ye kadar olan bir su ısıtıcısını ısıtmaktan daha az zaman harcayacağız. Birinci durumda, suya ikinciden daha az ısı verilecektir.
Bu nedenle, ısıtma için gereken ısı miktarı doğrudan sıcaklığa bağlıdır. kaç derece vücut ısınabilir. Şu sonuca varabiliriz: ısı miktarı doğrudan vücudun sıcaklık farkına bağlıdır.
Ancak suyu ısıtmak için değil, başka bir madde, örneğin yağ, kurşun veya demir için gereken ısı miktarını belirlemek mümkün müdür?
Bir kabı suyla, diğerini bitkisel yağla doldurun. Su ve yağın kütleleri eşittir. Her iki kap da aynı brülörlerde eşit şekilde ısıtılacaktır. Deneye bitkisel yağ ve suyun eşit başlangıç sıcaklığında başlayalım. Beş dakika sonra ısınan yağın ve suyun sıcaklıklarını ölçtüğümüzde, her iki sıvı da aynı miktarda ısı almasına rağmen yağın sıcaklığının suyun sıcaklığından çok daha yüksek olduğunu fark edeceğiz.
Kesin sonuç şudur: ısıtıldığında eşit kütleler yağ ve su aynı sıcaklıkta farklı miktar sıcaklık.
Ve hemen başka bir sonuca varıyoruz: Vücudu ısıtmak için gereken ısı miktarı doğrudan vücudun kendisinin oluşturduğu maddeye (madde türü) bağlıdır.
Bu nedenle, cismi ısıtmak için gereken (veya soğuma sırasında açığa çıkan) ısı miktarı doğrudan cismin kütlesine, sıcaklığının değişkenliğine ve maddenin türüne bağlıdır.
Isı miktarı Q sembolü ile gösterilir. Diğerleri gibi Farklı çeşit enerji, ısı miktarı joule (J) veya kilojoule (kJ) cinsinden ölçülür.
1 kJ = 1000J
Ancak tarih, bilim adamlarının ısı miktarını ölçmeye enerji gibi bir kavram fizikte ortaya çıkmadan çok önce başladığını gösteriyor. O zaman, ısı miktarını ölçmek için özel bir birim geliştirildi - bir kalori (cal) veya bir kilokalori (kcal). Kelimenin Latince kökleri vardır, calorus - ısı.
1 kcal = 1000 cal
Kalori 1 g suyun sıcaklığını 1°C yükseltmek için gereken ısı miktarıdır.
1 kal = 4,19 J ≈ 4,2 J
1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ
Sormak istediğiniz bir şey var mı? Ödevini nasıl yapacağını bilmiyor musun?
Bir öğretmenin yardımını almak için - kayıt olun.
İlk ders ücretsiz!
site, malzemenin tamamen veya kısmen kopyalanmasıyla, kaynağa bir bağlantı gereklidir.
Bu derste, bir cismi ısıtmak veya soğuduğunda salmak için gereken ısı miktarını nasıl hesaplayacağımızı öğreneceğiz. Bunu yapmak için önceki derslerde edindiğimiz bilgileri özetleyeceğiz.
Ayrıca bu formülden kalan nicelikleri ifade etmek için ısı miktarı formülünü nasıl kullanacağımızı öğreneceğiz ve diğer nicelikleri bilerek bunları hesaplayacağız. Isı miktarını hesaplamak için çözümü olan bir problem örneği de ele alınacaktır.
Bu ders, bir cisim ısıtıldığında veya soğutulduğunda salındığında ısı miktarının hesaplanmasına ayrılmıştır.
Gerekli ısı miktarını hesaplayabilme yeteneği çok önemlidir. Bu, örneğin bir odayı ısıtmak için suya verilmesi gereken ısı miktarını hesaplarken gerekli olabilir.
Pirinç. 1. Odayı ısıtmak için suya iletilmesi gereken ısı miktarı
Veya çeşitli motorlarda yakıt yandığında açığa çıkan ısı miktarını hesaplamak için:
Pirinç. 2. Motorda yakıt yandığında açığa çıkan ısı miktarı
Ayrıca, örneğin Güneş tarafından salınan ve Dünya'ya çarpan ısı miktarını belirlemek için bu bilgiye ihtiyaç vardır:
Pirinç. 3. Güneş tarafından salınan ve Dünya'ya düşen ısı miktarı
Isı miktarını hesaplamak için üç şeyi bilmeniz gerekir (Şekil 4):
- vücut ağırlığı (genellikle bir terazi ile ölçülebilir);
- vücudu ısıtmak veya soğutmak için gereken sıcaklık farkı (genellikle bir termometre ile ölçülür);
- vücudun özgül ısı kapasitesi (tablodan belirlenebilir).
Pirinç. 4. Belirlemek için bilmeniz gerekenler
Isı miktarını hesaplamak için formül aşağıdaki gibidir:
Bu formül aşağıdaki miktarları içerir:
Joule (J) cinsinden ölçülen ısı miktarı;
Bir maddenin özgül ısı kapasitesi;
- sıcaklık farkı, santigrat derece () cinsinden ölçülür.
Isı miktarını hesaplama problemini düşünün.
Bir görev
Kütlesi gram olan bakır bir bardakta hacmi 1 litre olan su vardır. Bir bardak suya sıcaklığının eşit olması için ne kadar ısı aktarılması gerekir?
Pirinç. 5. Sorunun durumunun gösterimi
önce biz yazarız kısa durum (Verilen) ve tüm miktarları uluslararası sisteme (SI) dönüştürün.
|
verilen: |
Sİ |
|
|
Bulmak: |
Çözüm:
İlk olarak, bu sorunu çözmek için başka hangi niceliklere ihtiyacımız olduğunu belirleyin. Özgül ısı kapasitesi tablosuna göre (Tablo 1), ( özısı bakır, çünkü camın durumu bakırdır), (suyun özgül ısı kapasitesi, çünkü camın içinde su olması koşuluyla). Ek olarak, ısı miktarını hesaplamak için bir su kütlesine ihtiyacımız olduğunu biliyoruz. Koşula göre, bize sadece hacim verilir. Bu nedenle suyun yoğunluğunu tablodan alıyoruz: (Çizelge 2).
Sekme 1. Bazı maddelerin özgül ısı kapasitesi,
Sekme 2. Bazı sıvıların yoğunlukları
Şimdi bu sorunu çözmek için ihtiyacımız olan her şeye sahibiz.
Toplam ısı miktarının, bakır camı ısıtmak için gereken ısı miktarı ile içindeki suyu ısıtmak için gereken ısı miktarının toplamından oluşacağına dikkat edin:
Önce bakır camı ısıtmak için gereken ısı miktarını hesaplıyoruz:
Suyu ısıtmak için gereken ısı miktarını hesaplamadan önce, 7. sınıftan aşina olduğumuz formülü kullanarak suyun kütlesini hesaplıyoruz:
Şimdi hesaplayabiliriz:
O zaman hesaplayabiliriz:
Ne anlama geldiğini hatırlayın: kilojul. Ön ek "kilo" anlamına gelir 
.
Cevap:.
Isı miktarını bulma problemlerini (sözde doğrudan problemler) ve bu kavramla ilişkili miktarları çözme kolaylığı için aşağıdaki tabloyu kullanabilirsiniz.
|
İstenen değer |
atama |
Birimler |
Temel Formül |
miktar için formül |
|
ısı miktarı |
Bir evi ısıtmanın yollarını, ısı sızıntısını azaltma seçeneklerini tartıştığımızda, ısının ne olduğunu, hangi birimlerde ölçüldüğünü, nasıl iletildiğini ve nasıl kaybolduğunu anlamamız gerekir. Bu sayfa, yukarıdaki konuların tümünü dikkate almak için gerekli olan fizik dersinden temel bilgileri sağlayacaktır.
Isı, enerji aktarmanın bir yoludur
Bir cismin ısı alışverişi sırasında kazandığı veya kaybettiği enerjidir. çevre, ısı miktarı veya basitçe ısı olarak adlandırılır.
Kesin anlamda ısı, enerji aktarma yollarından biridir ve yalnızca sisteme aktarılan enerji miktarının fiziksel anlamı vardır, ancak "ısı" kelimesi, ısı akısı, ısı kapasitesi gibi köklü bilimsel kavramların içinde yer alır. , faz geçiş ısısı, kimyasal reaksiyon ısısı, termal iletkenlik vb. Dolayısıyla, bu tür kelimelerin kullanımının yanıltıcı olmadığı durumlarda, "ısı" ve "ısı miktarı" kavramları eşanlamlıdır. Ancak, bu terimler yalnızca verildikleri takdirde kullanılabilir. kesin tanım ve hiçbir durumda "ısı miktarı", tanım gerektirmeyen ilk kavramların sayısına atfedilemez. Hatalardan kaçınmak için "ısı" kavramı tam olarak enerji aktarım yöntemi olarak anlaşılmalıdır ve bu yöntemle aktarılan enerji miktarı "ısı miktarı" kavramı ile ifade edilir. "Isı enerjisi" teriminden kaçınılması önerilir.
Isı, bir maddenin iç enerjisinin, bu maddeyi oluşturan moleküllerin ve atomların yoğun kaotik hareketi tarafından belirlenen kinetik kısmıdır. Sıcaklık, moleküler hareketin yoğunluğunun bir ölçüsüdür. Belirli bir sıcaklıkta bir cismin sahip olduğu ısı miktarı kütlesine bağlıdır; Örneğin, aynı sıcaklıkta, büyük bir su bardağında, küçük bir bardaktakinden daha fazla ısı bulunur ve bir kova su soğuk su bir bardak sıcak sudan daha fazla olabilir (kovadaki suyun sıcaklığı daha düşük olmasına rağmen).
Isı bir enerji şeklidir ve bu nedenle enerji birimleriyle ölçülmelidir. AT uluslararası sistem SI enerji birimi joule'dür (J). Ayrıca, ısı - kalori miktarının sistem dışı bir biriminin kullanılmasına izin verilir: uluslararası bir kalori 4.1868 J'dir.
Isı transferi ve ısı transferi
Isı transferi, sıcaklık farklılıklarından dolayı bir vücut içinde veya bir vücuttan diğerine ısı aktarma işlemidir. Isı transferinin yoğunluğu, maddenin özelliklerine, sıcaklık farkına bağlıdır ve deneysel olarak belirlenmiş doğa yasalarına uyar. Verimli ısıtma veya soğutma sistemleri, çeşitli motorlar, enerji santralleri, ısı yalıtım sistemleri oluşturmak için ısı transferinin esaslarını bilmeniz gerekir. Bazı durumlarda ısı transferi istenmemektedir (ergitme fırınlarının ısı yalıtımı, uzay gemileri vb.), diğerlerinde ise mümkün olduğu kadar büyük olmalıdır (buhar kazanları, eşanjörler, mutfak gereçleri). Üç ana ısı transferi türü vardır: iletim, konveksiyon ve radyan ısı transferi.
Termal iletkenlik
Vücudun içinde bir sıcaklık farkı varsa, termal enerji onun daha sıcak olan kısmından daha soğuk olan kısmına geçer. Moleküllerin termal hareketleri ve çarpışmalarından kaynaklanan bu tür ısı transferine termal iletkenlik denir. Çubuğun termal iletkenliği, değerle tahmin edilir. ısı akışı termal iletkenlik katsayısına, ısının aktarıldığı enine kesit alanına ve sıcaklık gradyanına (çubuğun uçlarındaki sıcaklık farkının aralarındaki mesafeye oranı) bağlıdır. Isı akışının birimi watt'tır.
BAZI MADDE VE MALZEMELERİN ISIL İLETKENLİKLERİ
Maddeler ve malzemeler Termal iletkenlik, W/(m^2*K)
metaller
Alüminyum __________________205
Bronz ____________________105
Tungsten __________________159
Demir __________________________________67
Bakır ________________________389
Nikel ______________________58
Kurşun ______________________35
Çinko ________________________113
Diğer materyaller
Asbest ______________________0.08
Beton ________________________0.59
Hava _______________________0.024
Kuştüyü tüyü (gevşek) ______0,008
Ahşap (ceviz) ________________0.209
Talaş _______________________0.059
Kauçuk (süngerimsi) ____________0.038
Cam _______________________0.75
Konveksiyon
Konveksiyon, hava veya sıvı kütlelerinin hareketinden kaynaklanan ısı transferidir. Bir sıvıya veya gaza ısı uygulandığında, moleküllerin hareketinin yoğunluğu artar ve bunun sonucunda basınç artar. Bir sıvı veya gazın hacmi sınırlı değilse genişler; sıvının (gazın) yerel yoğunluğu azalır ve kaldırma kuvveti (Arşimet) kuvvetleri nedeniyle ortamın ısınan kısmı yukarı doğru hareket eder (bu nedenle odadaki sıcak hava pillerden tavana yükselir). Akışkanın bir boru içinden akışı veya düz bir yüzey etrafından akışı gibi basit durumlarda, konvektif ısı transferi katsayısı teorik olarak hesaplanabilir. Ancak, türbülanslı bir ortam akışı için konveksiyon problemine analitik bir çözüm bulmak henüz mümkün olmamıştır.
termal radyasyon
Üçüncü tip ısı transferi - radyan ısı transferi - ısı iletimi ve konveksiyondan farklıdır, bu durumda ısı bir vakum yoluyla aktarılabilir. Diğer ısı transferi yöntemleriyle olan benzerliği de sıcaklık farkından kaynaklanmasıdır. Termal radyasyon, elektromanyetik radyasyon türlerinden biridir.
Güneş, güçlü bir termal enerji yayıcıdır; 150 milyon km mesafeden bile Dünya'yı ısıtır. Güneş radyasyonunun yoğunluğu yaklaşık 1,37 W/m2'dir.
İletim ve konveksiyon yoluyla ısı transferinin hızı sıcaklıkla orantılıdır ve radyan ısı akısı sıcaklığın dördüncü kuvvetiyle orantılıdır.
Isı kapasitesi
Farklı maddelerin farklı ısı depolama yetenekleri vardır; moleküler yapılarına ve yoğunluklarına bağlıdır. Bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını bir derece (1°C veya 1 K) yükseltmek için gereken ısı miktarına onun adı verilir. özısı. Isı kapasitesi J/(kg K) cinsinden ölçülür.
Genellikle ısı kapasitesini sabit bir hacimde ayırt eder ( ÖZGEÇMİŞ) ve ısı kapasitesi sabit basınç (CP), ısıtma işlemi sırasında sırasıyla cismin hacmi veya basıncı sabit tutulursa. Örneğin, bir balondaki bir gram havayı 1 K ısıtmak için, balona verilen enerjinin bir kısmı balonu genişletmek için harcandığından, aynı şekilde sert duvarları olan kapalı bir kapta ısıtmaktan daha fazla ısı gerekir. hava ve ısıtırken değil. Sabit bir basınçta ısıtıldığında, ısının bir kısmı vücudun genleşme işinin üretimine ve bir kısmı - iç enerjisini arttırmak için giderken, sabit bir hacimde ısıtıldığında, tüm ısı artan iç enerjiye harcanır; ilişkin CR her zaman daha fazla ÖZGEÇMİŞ. Sıvılar ve katılar için aradaki fark CR ve ÖZGEÇMİŞ nispeten küçük
termal makineler
Isı motorları, ısıyı enerjiye dönüştüren cihazlardır. faydalı iş. Bu tür makinelere örnek olarak kompresörler, türbinler, buhar, benzin ve jet motorları verilebilir. En ünlü ısı motorlarından biri, modern termik santrallerde kullanılan buhar türbinidir. Böyle bir enerji santralinin basitleştirilmiş bir diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir.
Pirinç. 1. Fosil yakıtlarla çalışan bir buhar türbini elektrik santralinin basitleştirilmiş diyagramı.
Çalışma sıvısı - su - fosil yakıtların (kömür, petrol veya doğal gaz) yakılmasıyla ısıtılan bir buhar kazanında aşırı ısıtılmış buhara dönüştürülür. Buhar yüksek basınç elektrik üreten bir jeneratörü çalıştıran bir buhar türbininin şaftını döndürür. Egzoz buharı, ısının bir kısmını emen akan su ile soğutulduğunda yoğunlaşır. Daha sonra su, ısının bir kısmının atmosfere salındığı soğutma kulesine (soğutma kulesi) beslenir. Kondens, buhar kazanına geri pompalanır ve tüm döngü tekrarlanır.
Bir ısı motorunun başka bir örneği, diyagramı Şekil 1'de gösterilen bir ev tipi buzdolabıdır. 2.
Buzdolaplarında ve ev tipi klimalarda, bunu sağlamak için enerji dışarıdan sağlanır. Kompresör, buzdolabının çalışma maddesinin - freon, amonyak veya karbondioksit - sıcaklığını ve basıncını arttırır. Aşırı ısıtılmış gaz, soğutulduğu ve yoğuşturulduğu kondansatöre beslenir ve çevreye ısı verir. Kondenser memelerinden çıkan sıvı, kısma valfinden buharlaştırıcıya geçer ve bir kısmı buharlaşır, buna sıcaklıkta keskin bir düşüş eşlik eder. Evaporatör, memelerdeki çalışma sıvısını ısıtan buzdolabı bölmesinden ısı alır; bu sıvı kompresör tarafından kondansatöre verilir ve döngü tekrar eder.
Isı kapasitesi 1 derece ısıtıldığında vücut tarafından emilen ısı miktarıdır.
Bir cismin ısı kapasitesi büyük harflerle gösterilir Latin harfi İTİBAREN.
Bir cismin ısı kapasitesini ne belirler? Her şeyden önce, kütlesinden. Açıktır ki, örneğin 1 kilogram suyu ısıtmak, 200 gram ısıtmaktan daha fazla ısı gerektirecektir.
Peki maddenin türü? Bir deney yapalım. İki özdeş kap alalım ve birine 400 gr su dökelim, diğerine - sebze yağı 400 gr ağırlığında, özdeş brülörler yardımıyla ısıtmaya başlayacağız. Termometrelerin 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.
Böylece aynı kütleyi ısıtmak için farklı maddeler Aynı sıcaklık için farklı miktarlarda ısı gerekir. Bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı ve dolayısıyla ısı kapasitesi, bu cismi oluşturan maddenin türüne bağlıdır.
Yani örneğin 1 kg kütleli suyun sıcaklığını 1°C artırmak için 4200 J'ye eşit bir ısı miktarı, aynı kütleyi 1°C ısıtmak için ise ayçiçek yağı 1700 J'ye eşit bir ısı miktarı gereklidir.
Fiziksel miktar 1 kg maddeyi 1 ºС ısıtmak için ne kadar ısı gerektiğini gösteren, denir özısı bu madde
Her maddenin, Latin harfi c ile gösterilen ve kilogram-derece (J / (kg ° C)) başına joule cinsinden ölçülen kendi özgül ısı kapasitesi vardır.
Aynı maddenin farklı agrega hallerinde (katı, sıvı ve gaz) özgül ısı kapasitesi farklıdır. Örneğin, suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg ºС) ve buzun özgül ısı kapasitesi 2100 J/(kg ºС); alüminyum katı halde 920 J / (kg - ° C) ve sıvı halde - 1080 J / (kg - ° C) özgül ısı kapasitesine sahiptir.
Suyun çok yüksek bir özgül ısı kapasitesine sahip olduğuna dikkat edin. Bu nedenle denizlerde ve okyanuslarda yazın ısınan sular havadan emilir. çok sayıda sıcaklık. Bu nedenle, büyük su kütlelerinin yakınında bulunan yerlerde yaz, sudan uzak yerlerdeki kadar sıcak değildir.
Vücudu ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında salınan ısı miktarının hesaplanması.
Yukarıda belirtilenlerden, vücudu ısıtmak için gereken ısı miktarının, vücudu oluşturan maddenin türüne (yani, özgül ısı kapasitesi) ve vücudun kütlesine bağlı olduğu açıktır. Isı miktarının vücut sıcaklığını kaç derece artıracağımıza bağlı olduğu da açıktır.
Bu nedenle, vücudu ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında salınan ısı miktarını belirlemek için, vücudun özgül ısısını kütlesi 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 kütlesi, t1- başlangıç sıcaklığı, t2- son sıcaklık.
Vücut ısındığında t2> t1 ve dolayısıyla Q >0 . Vücut soğuduğunda t 2ve< t1 ve dolayısıyla Q< 0 .
Tüm vücudun ısı kapasitesi biliniyorsa İTİBAREN, Q formül ile belirlenir: Q \u003d C (t2 - t1).
22) Erime: tanım, erime veya katılaşma için ısı miktarının hesaplanması, özgül erime ısısı, t 0 (Q) grafiği.
Termodinamik
Enerji transferini, bazı enerji türlerinin diğerlerine dönüşüm modellerini inceleyen bir moleküler fizik dalı. Moleküler kinetik teorinin aksine, termodinamik dikkate almaz. iç yapı maddeler ve mikroparametreler.
Termodinamik sistem
Bu, birbirleriyle veya çevreyle enerji (iş veya ısı şeklinde) alışverişi yapan cisimlerin bir koleksiyonudur. Örneğin çaydanlıktaki su soğur, suyun çaydanlıkla, çaydanlığın çevreyle ısı alışverişi gerçekleşir. Pistonun altında gaz bulunan silindir: piston iş yapar, bunun sonucunda gaz enerji alır ve makro parametreleri değişir.
ısı miktarı
BT enerjiısı değişimi sürecinde sistem tarafından alınan veya verilen. Herhangi bir enerji gibi Joule cinsinden ölçülen Q sembolü ile gösterilir.
Çeşitli ısı transfer işlemleri sonucunda transfer edilen enerji kendine göre belirlenir.
Isıtmak ve soğutmak
Bu işlem, sistemin sıcaklığındaki bir değişiklik ile karakterize edilir. Isı miktarı formül ile belirlenir.
Bir maddenin özgül ısı kapasitesi ileısınmak için gereken ısı miktarı ile ölçülür kütle birimleri bu maddenin 1K. 1 kg cam veya 1 kg su ısıtmak farklı miktarda enerji gerektirir. Özgül ısı kapasitesi tüm maddeler için önceden hesaplanmış bilinen bir değerdir, fiziksel tablolardaki değere bakın.
C maddesinin ısı kapasitesi- bu, kütlesini 1K hesaba katmadan vücudu ısıtmak için gerekli olan ısı miktarıdır.
Erime ve kristalleşme
Erime, bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesidir. Ters geçişe kristalleşme denir.
Yok etmek için harcanan enerji kristal kafes maddeler, formül ile belirlenir
Özgül füzyon ısısı her madde için bilinen bir değerdir, fiziksel tablolardaki değere bakın.
Buharlaşma (buharlaşma veya kaynama) ve yoğuşma
Buharlaşma, bir maddenin sıvı (katı) halden gaz haline geçmesidir. Tersine işlem, yoğuşma olarak adlandırılır.
Özgül buharlaşma ısısı her madde için bilinen bir değerdir, fiziksel tablolardaki değere bakın.
Yanma
Bir maddenin yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarı
Özgül yanma ısısı her madde için bilinen bir değerdir, fiziksel tablolardaki değere bakın.
Kapalı ve adyabatik olarak yalıtılmış bir cisim sistemi için, ısı dengesi denklemi sağlanır. Isı alışverişine katılan tüm cisimler tarafından verilen ve alınan ısı miktarlarının cebirsel toplamı sıfıra eşittir:
Q 1 +Q 2 +...+Q n =0
23) Sıvıların yapısı. yüzey katmanı. Yüzey gerilimi kuvveti: tezahür örnekleri, hesaplama, yüzey gerilimi katsayısı.
Zaman zaman, herhangi bir molekül bitişik bir boşluğa geçebilir. Sıvılarda bu tür sıçramalar oldukça sık meydana gelir; bu nedenle moleküller, kristallerde olduğu gibi belirli merkezlere bağlı değildir ve sıvının tüm hacmi boyunca hareket edebilir. Bu, sıvıların akışkanlığını açıklar. Yakın aralıklı moleküller arasındaki güçlü etkileşim nedeniyle, birkaç molekül içeren yerel (kararsız) düzenli gruplar oluşturabilirler. Bu fenomen denir kısa menzilli sipariş(Şekil 3.5.1).
β katsayısı denir hacim genleşme sıcaklık katsayısı . Sıvılar için bu katsayı, katılardan on kat daha fazladır. Su için, örneğin, 20 ° C sıcaklıkta, β in ≈ 2 10 - 4 K - 1, çelik için β st ≈ 3,6 10 - 5 K - 1, kuvars cam için β kv ≈ 9 10 - 6 K - bir .
Suyun termal genleşmesi, Dünya'daki yaşam için ilginç ve önemli bir anomaliye sahiptir. 4 °C'nin altındaki sıcaklıklarda, su azalan sıcaklıkla genleşir (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Su donduğunda genleşir, böylece buz, donmakta olan su kütlesinin yüzeyinde yüzer durumda kalır. Suyun buz altında donma sıcaklığı 0°C'dir. Rezervuarın tabanına yakın daha yoğun su katmanlarında sıcaklık yaklaşık 4 °C'dir. Bu sayede donan rezervuarların sularında yaşam olabilir.
Çoğu ilginç özellik sıvılar varlığıdır Serbest yüzey . Sıvı, gazların aksine içine döküldüğü kabın tüm hacmini doldurmaz. Bir sıvı ile bir gaz (veya buhar) arasında yer alan bir arayüz oluşur. Özel durumlar sıvı kütlesinin geri kalanıyla karşılaştırıldığında, son derece düşük sıkıştırılabilirlik nedeniyle, daha yoğun bir şekilde paketlenmiş yüzey tabakasının varlığının sıvının hacminde gözle görülür bir değişikliğe yol açmadığı akılda tutulmalıdır. Molekül yüzeyden sıvıya geçerse, moleküller arası etkileşim kuvvetleri pozitif çalışma. Aksine, sıvının derinliğinden yüzeye belirli sayıda molekülü çekmek (yani sıvının yüzey alanını artırmak) için dış kuvvetlerin pozitif bir iş yapması gerekir Δ A harici, değişimle orantılı Δ S yüzey alanı:
Bir sistemin denge durumlarının potansiyel enerjisinin minimum değerine karşılık geldiği mekanikten bilinmektedir. Bundan, sıvının serbest yüzeyinin alanını azaltma eğiliminde olduğu sonucu çıkar. Bu nedenle serbest bir sıvı damlası küresel bir şekil alır. Akışkan, kuvvetlerin yüzeyine teğet olarak etki ediyormuş gibi davranır ve bu yüzeyi azaltır (büzülür). Bu kuvvetler denir yüzey gerilimi kuvvetleri .
Yüzey gerilimi kuvvetlerinin varlığı, sıvı yüzeyinin elastik gerilmiş bir film gibi görünmesini sağlar, tek fark, filmdeki elastik kuvvetlerin yüzey alanına (yani, filmin nasıl deforme olduğuna) ve yüzey gerilimi kuvvetlerine bağlı olmasıdır. bağlı değil sıvının yüzey alanı üzerinde.
Sabunlu su gibi bazı sıvılar ince film oluşturma özelliğine sahiptir. İyi bilinen tüm sabun köpüğü doğru küresel şekle sahiptir - bu aynı zamanda yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisini de gösterir. içinde ise sabun çözeltisi bir tarafı hareketli olan tel çerçeveyi indirin, ardından tamamı bir sıvı filmi ile kaplanacaktır (Şekil 3.5.3).
Yüzey gerilimi kuvvetleri filmin yüzeyini kısaltma eğilimindedir. Çerçevenin hareketli tarafını dengelemek için ona harici bir kuvvet uygulanmalıdır.Kuvvetin etkisi altında çapraz çubuk Δ kadar hareket ederse x, sonra iş Δ A dahili = F harici Δ x = Δ Ep = σΔ S, burada ∆ S = 2LΔ x sabun filminin her iki yüzünün yüzey alanındaki artıştır. ve kuvvetlerin modülleri aynı olduğundan, şunu yazabiliriz:
|
Böylece, yüzey gerilimi katsayısı σ şu şekilde tanımlanabilir: yüzeyi sınırlayan çizginin birim uzunluğu başına etki eden yüzey gerilimi kuvvetinin modülü.
Sıvı damlacıklarındaki ve içindeki yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi nedeniyle sabun köpüğü aşırı basınç oluşur Δ p. Zihinsel olarak küresel bir yarıçap damlası kesersek R iki yarıya bölünürse, her biri 2π uzunluğunda kesimin 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 kendi molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerinden daha büyükse, o zaman sıvı ıslatır yüzey sağlam vücut. Bu durumda, sıvı, katı cismin yüzeyine, verilen sıvı-katı çiftinin karakteristiği olan, belirli bir θ açısıyla yaklaşır. θ açısı denir temas açısı . Sıvı moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri, katı moleküller ile etkileşimlerinin kuvvetlerini aşarsa, temas açısı θ geniş olur (Şekil 3.5.5). Bu durumda sıvı denir. ıslanmaz katı bir cismin yüzeyi. -de tam ıslanmaθ = 0, tamamen ıslanmazθ = 180°.
kılcal fenomen küçük çaplı tüplerde sıvının yükselmesi veya alçalması denir - kılcal damarlar. Islatıcı sıvılar kılcal damarlardan yükselir, ıslatmayan sıvılar aşağı iner.
Şek. 3.5.6, belirli bir yarıçapa sahip bir kılcal boruyu göstermektedir. r alt uç tarafından yoğunluğu ρ olan ıslatıcı bir sıvıya indirilir. Kapilerin üst ucu açıktır. Kılcaldaki sıvının yükselmesi, kılcaldaki sıvı sütununa etki eden yerçekimi kuvvetinin mutlak değeri elde edilene eşit oluncaya kadar devam eder. F n sıvının kılcalın yüzeyi ile temas sınırı boyunca etki eden yüzey gerilimi kuvvetleri: F t = F n, nerede F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π rçünkü θ.
Bu şu anlama gelir:
Tam ıslatmama ile, θ = 180°, 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 yüzeyi neredeyse tamamen ıslatır. Tersine, cıva cam yüzeyi tamamen ıslatmaz. Bu nedenle, cam kılcaldaki cıva seviyesi, kaptaki seviyenin altına düşer.
24) Buharlaşma: tanım, türleri (buharlaşma, kaynama), buharlaşma ve yoğuşma için ısı miktarının hesaplanması, özgül buharlaşma ısısı.
Buharlaşma ve yoğunlaşma. Maddenin moleküler yapısı hakkındaki fikirlere dayalı olarak buharlaşma olgusunun açıklanması. Spesifik buharlaşma ısısı. Birimleri.
Sıvının buhara dönüşmesine denir buharlaşma.
buharlaşma - açık bir yüzeyden meydana gelen buharlaşma süreci.
Bir sıvıdaki moleküller ile hareket eder farklı hızlar. Sıvının yüzeyinde herhangi bir molekül varsa, komşu moleküllerin çekim gücünü yenebilir ve sıvıdan uçabilir. Kaçan moleküller buhar oluşturur. Geri kalan sıvı moleküllerin hızları çarpışma üzerine değişir. Bu durumda bazı moleküller sıvının dışına uçabilecek kadar hız kazanırlar. Bu işlem devam eder, bu nedenle sıvılar yavaş yavaş buharlaşır.
*Buharlaşma hızı sıvının cinsine bağlıdır. Bu sıvılar, moleküllerin daha az kuvvetle çekildiği daha hızlı buharlaşır.
* Buharlaşma her sıcaklıkta olabilir. Ancak daha yüksek sıcaklıklarda buharlaşma daha hızlıdır. .
*Buharlaşma hızı yüzey alanına bağlıdır.
*Rüzgar (hava akışı) ile buharlaşma daha hızlı gerçekleşir.
Buharlaşma sırasında iç enerji azalır, çünkü. buharlaşma sırasında hızlı moleküller sıvıyı terk eder, bu nedenle kalan moleküllerin ortalama hızı düşer. Bu, dışarıdan enerji akışı yoksa, sıvının sıcaklığının düştüğü anlamına gelir.
Buharın sıvıya dönüşmesi olayına denir yoğunlaşma.
Enerjinin serbest bırakılması eşlik eder.
Buhar yoğunlaşması bulutların oluşumunu açıklar. Yerden yükselen su buharı, havanın üst soğuk katmanlarında küçük su damlalarından oluşan bulutlar oluşturur.
Özgül buharlaşma ısısı - fiziksel. 1 kg kütleli bir sıvıyı sıcaklığını değiştirmeden buhara dönüştürmek için ne kadar ısı gerektiğini gösteren bir miktar.
Ud. buharlaşma ısısı L harfi ile gösterilir ve J / kg cinsinden ölçülür
Ud. suyun buharlaşma ısısı: L=2,3×10 6 J/kg, alkol L=0,9×10 6
Bir sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarı: Q = Lm
Enerjinin bir cisimden diğerine iş yapılmadan aktarılması işlemine denir. ısı değişimi veya ısı transferi. Sıcaklıkları farklı olan cisimler arasında ısı transferi gerçekleşir. Farklı sıcaklıklara sahip cisimler arasında temas kurulduğunda, iç enerjinin bir kısmı vücuttan daha fazla iletilir. Yüksek sıcaklık daha düşük bir sıcaklığa sahip bir vücut için. Isı transferi sonucunda vücuda aktarılan enerjiye denir. ısı miktarı.
Bir maddenin özgül ısı kapasitesi:
Isı transfer sürecine iş eşlik etmiyorsa, termodinamiğin birinci yasasına göre, ısı miktarı vücudun iç enerjisindeki değişime eşittir: .
Moleküllerin rastgele öteleme hareketinin ortalama enerjisi, mutlak sıcaklıkla orantılıdır. Bir vücudun iç enerjisindeki değişim, sayısı vücudun kütlesi ile orantılı olan tüm atomların veya moleküllerin enerjisindeki değişimlerin cebirsel toplamına eşittir, dolayısıyla iç enerjideki değişim ve sonuç olarak, ısı miktarı kütle ve sıcaklık değişimi ile orantılıdır:
Bu denklemdeki orantı faktörü denir bir maddenin özgül ısı kapasitesi. Öz ısı kapasitesi, 1 kg maddenin sıcaklığını 1 K artırmak için ne kadar ısı gerektiğini gösterir.
Termodinamikte çalışmak:
Mekanikte iş, kuvvet ve yer değiştirme modüllerinin ürünü ve aralarındaki açının kosinüsü olarak tanımlanır. Hareket halindeki bir cisme bir kuvvet etki ettiğinde ve cismin kinetik enerjisindeki değişime eşit olduğunda iş yapılır.
Termodinamikte, bir cismin bir bütün olarak hareketi dikkate alınmaz, makroskopik bir cismin parçalarının birbirine göre hareketinden bahsediyoruz. Sonuç olarak, vücudun hacmi değişir ve hızı sıfıra eşit kalır. Termodinamikte iş, mekanikte olduğu gibi tanımlanır, ancak cismin kinetik enerjisindeki değil, iç enerjisindeki değişime eşittir.
İş yapıldığında (sıkıştırma veya genleşme), gazın iç enerjisi değişir. Bunun nedeni şu şekildedir: gaz moleküllerinin hareketli bir pistonla elastik çarpışmaları sırasında kinetik enerjileri değişir.
Genleşme sırasında gazın yaptığı işi hesaplayalım. Gaz, pistona bir kuvvetle etki eder. 
, nerede 
gazın basıncıdır ve 
- yüzey alanı 
piston. Gaz genişledikçe piston kuvvet yönünde hareket eder. 
kısa mesafe için 
. Mesafe küçükse, gaz basıncı sabit kabul edilebilir. Gazın işi:
Neresi 
- gaz hacmindeki değişiklik.
Gazı genleştirme sürecinde, kuvvet yönü ve yer değiştirme çakıştığı için pozitif iş yapar. Genleşme sürecinde, gaz çevreleyen cisimlere enerji verir.
Dış cisimlerin bir gaz üzerinde yaptığı iş, bir gazın yaptığı işten sadece işaret bakımından farklıdır. 
, çünkü güç 
gaza etki eden kuvvetin tersidir 
, gazın pistona etki ettiği ve mutlak değerde ona eşit olduğu (Newton'un üçüncü yasası); ve hareket aynı kalır. Bu nedenle, dış kuvvetlerin işi şuna eşittir:
.
Termodinamiğin birinci yasası:
Termodinamiğin birinci yasası, termal olaylara kadar uzanan enerjinin korunumu yasasıdır. Enerjinin korunumu yasası: Doğada enerji yoktan var olmaz ve yok olmaz: Enerji miktarı değişmez, sadece bir biçimden diğerine değişir.
Termodinamikte, ağırlık merkezinin konumu pratikte değişmeyen cisimler dikkate alınır. Bu tür cisimlerin mekanik enerjisi sabit kalır ve sadece iç enerjisi değişebilir.
İç enerji iki şekilde değiştirilebilir: ısı transferi ve iş. Genel durumda, iç enerji hem ısı transferi nedeniyle hem de iş performansı nedeniyle değişir. Termodinamiğin birinci yasası tam olarak bu tür genel durumlar için formüle edilmiştir:
Bir durumdan diğerine geçiş sırasında sistemin iç enerjisindeki değişiklik, dış kuvvetlerin çalışmalarının toplamına ve sisteme aktarılan ısı miktarına eşittir:
Sistem izole ise üzerinde iş yapılmaz ve çevredeki cisimlerle ısı alışverişi olmaz. Termodinamiğin birinci yasasına göre izole bir sistemin iç enerjisi değişmeden kalır.
Verilen 
termodinamiğin birinci yasası şu şekilde yazılabilir:
Sisteme aktarılan ısı miktarı, sistemin iç enerjisini değiştirmeye ve sistem tarafından dış cisimler üzerinde iş yapmaya gider..
Termodinamiğin ikinci yasası: Her iki sistemde veya çevredeki cisimlerde eş zamanlı başka değişimler olmadıkça, ısıyı daha soğuk bir sistemden daha sıcak bir sisteme aktarmak imkansızdır.