Je kunt de interne energie van het gas in de cilinder niet alleen veranderen door arbeid te verrichten, maar ook door het gas te verwarmen (Fig. 43). Als je de zuiger repareert, verandert het volume van het gas niet, maar neemt de temperatuur, en dus de interne energie, toe.
Het proces waarbij energie van het ene lichaam naar het andere wordt overgebracht zonder arbeid te verrichten, wordt warmte-uitwisseling of warmteoverdracht genoemd.

De energie die als gevolg van warmte-uitwisseling naar het lichaam wordt overgedragen, wordt de hoeveelheid warmte genoemd. De hoeveelheid warmte wordt ook wel de energie genoemd die een lichaam afgeeft tijdens de warmte-uitwisseling.

Moleculair beeld van warmteoverdracht. Tijdens de warmte-uitwisseling op de grens tussen lichamen vindt de interactie plaats van langzaam bewegende moleculen van een koud lichaam met sneller bewegende moleculen van een heet lichaam. Als resultaat worden de kinetische energieën van de moleculen gelijk gemaakt en nemen de snelheden van de moleculen van een koud lichaam toe, en die van een warm lichaam af.

Tijdens warmte-uitwisseling wordt energie niet omgezet van de ene vorm naar de andere: deel interne energie van een warm lichaam wordt overgebracht naar een koud lichaam.

Hoeveelheid warmte en warmtecapaciteit. Uit de natuurkundecursus van de VII-klasse is bekend dat om een ​​lichaam met massa m van temperatuur t 1 naar temperatuur t 2 te verwarmen, het noodzakelijk is om het te informeren over de hoeveelheid warmte

Q = cm(t 2 – t 1) = cmΔt. (4,5)

Wanneer een lichaam afkoelt, is de eeuwige temperatuur t 2 lager dan de begintemperatuur t 1 en is de hoeveelheid warmte die het lichaam afgeeft negatief.
De coëfficiënt c in formule (4.5) wordt genoemd specifieke warmte capaciteit . De soortelijke warmtecapaciteit is de hoeveelheid warmte die 1 kg van een stof ontvangt of afgeeft wanneer de temperatuur met 1 K verandert.

De specifieke warmtecapaciteit wordt uitgedrukt in joule gedeeld door kilogram vermenigvuldigd met Kelvin. Verschillende lichamen Er is een ongelijke hoeveelheid energie nodig om de temperatuur met 1 K te verhogen. De soortelijke warmtecapaciteit van water is dus 4190 J/(kg K), en die van koper 380 J/(kg K).

De specifieke warmtecapaciteit hangt niet alleen af ​​van de eigenschappen van de stof, maar ook van het proces waarbij warmteoverdracht plaatsvindt. Als je een gas onder constante druk verwarmt, zet het uit en gaat het werken. Om een ​​gas bij constante druk met 1°C te verwarmen, zal er meer warmte aan moeten worden overgedragen dan om het bij constant volume te verwarmen.

Vloeibare en vaste lichamen zetten bij verhitting enigszins uit, en hun specifieke warmtecapaciteiten bij constant volume en constante druk verschillen weinig.

Specifieke verdampingswarmte. Om een ​​vloeistof in stoom om te zetten, moet er een bepaalde hoeveelheid warmte aan worden overgedragen. De temperatuur van de vloeistof verandert tijdens deze transformatie niet. De transformatie van een vloeistof in damp bij een constante temperatuur leidt niet tot een toename van de kinetische energie van de moleculen, maar gaat gepaard met een toename van hun potentiële energie. De gemiddelde afstand tussen gasmoleculen is immers vele malen groter dan tussen vloeistofmoleculen. Bovendien vereist een toename van het volume tijdens de overgang van een stof van een vloeibare naar een gasvormige toestand dat er moet worden gewerkt tegen externe drukkrachten.

De hoeveelheid warmte die nodig is om 1 kg vloeistof bij constante temperatuur in stoom om te zetten, wordt genoemd specifieke hitte verdamping. Deze hoeveelheid wordt aangegeven met de letter r en uitgedrukt in joule per kilogram.

De soortelijke verdampingswarmte van water is zeer hoog: 2,256 · 10 6 J/kg bij een temperatuur van 100°C. Voor andere vloeistoffen (alcohol, ether, kwik, kerosine, enz.) is de soortelijke verdampingswarmte 3-10 keer minder.

Om een ​​vloeistof met massa m in damp om te zetten, is een hoeveelheid warmte nodig gelijk aan:

Wanneer stoom condenseert, komt dezelfde hoeveelheid warmte vrij

Qk = –rm. (4,7)

Specifieke smeltwarmte. Wanneer een kristallijn lichaam smelt, wordt alle warmte die eraan wordt toegevoerd, gebruikt om de potentiële energie van de moleculen te vergroten. De kinetische energie van de moleculen verandert niet, omdat het smelten bij een constante temperatuur plaatsvindt.

Hoeveelheid warmte λ (lambda) die nodig is om 1 kg om te zetten kristallijne substantie op het smeltpunt in een vloeistof met dezelfde temperatuur wordt de soortelijke smeltwarmte genoemd.

Wanneer 1 kg van een stof kristalliseert, komt precies dezelfde hoeveelheid warmte vrij. De soortelijke warmte bij het smelten van ijs is vrij hoog: 3,4 · 10,5 J/kg.

Om een ​​kristallijn lichaam met massa m te laten smelten, is een hoeveelheid warmte nodig gelijk aan:

Qpl = λm. (4,8)

De hoeveelheid warmte die vrijkomt tijdens de kristallisatie van een lichaam is gelijk aan:

Q cr = – λm. (4,9)

1. Hoe wordt de hoeveelheid warmte genoemd? 2. Waar hangt de soortelijke warmtecapaciteit van stoffen van af? 3. Wat wordt de soortelijke verdampingswarmte genoemd? 4. Hoe wordt de soortelijke smeltwarmte genoemd? 5. In welke gevallen is de hoeveelheid overgedragen warmte negatief?

In deze les leren we hoe we de hoeveelheid warmte kunnen berekenen die nodig is om een ​​lichaam te verwarmen of die vrijkomt bij afkoeling. Om dit te doen, zullen we de kennis samenvatten die we in eerdere lessen hebben verworven.

Daarnaast zullen we leren om met behulp van de formule voor de hoeveelheid warmte de resterende hoeveelheden uit deze formule uit te drukken en deze te berekenen, terwijl we andere hoeveelheden kennen. Er wordt ook gekeken naar een voorbeeld van een probleem met een oplossing voor het berekenen van de hoeveelheid warmte.

Deze les is gewijd aan het berekenen van de hoeveelheid warmte wanneer een lichaam wordt verwarmd of vrijkomt bij afkoeling.

Vermogen om te berekenen benodigde hoeveelheid warmte is heel belangrijk. Dit kan bijvoorbeeld nodig zijn bij het berekenen van de hoeveelheid warmte die aan water moet worden afgegeven om een ​​kamer te verwarmen.

Rijst. 1. De hoeveelheid warmte die aan het water moet worden afgegeven om de kamer te verwarmen

Of om te berekenen hoeveel warmte er vrijkomt bij de verbranding van brandstof in verschillende motoren:

Rijst. 2. De hoeveelheid warmte die vrijkomt bij het verbranden van brandstof in de motor

Deze kennis is bijvoorbeeld ook nodig om te bepalen hoeveel warmte er door de zon vrijkomt en op de aarde valt:

Rijst. 3. De hoeveelheid warmte die door de zon vrijkomt en op de aarde valt

Om de hoeveelheid warmte te berekenen, moet je drie dingen weten (Fig. 4):

• lichaamsgewicht (dat meestal kan worden gemeten met een weegschaal);
• het temperatuurverschil waarmee een lichaam moet worden verwarmd of gekoeld (meestal gemeten met een thermometer);
• soortelijke warmtecapaciteit van het lichaam (die kan worden bepaald uit de tabel).

Rijst. 4. Wat u moet weten om te bepalen

De formule waarmee de hoeveelheid warmte wordt berekend, ziet er als volgt uit:

In deze formule komen de volgende hoeveelheden voor:

De hoeveelheid warmte gemeten in joule (J);

De soortelijke warmtecapaciteit van een stof wordt gemeten in;

- temperatuurverschil, gemeten in graden Celsius ().

Laten we eens kijken naar het probleem van het berekenen van de hoeveelheid warmte.

Taak

Een koperen glas met een massa van grammen bevat water met een volume van liters bij een temperatuur. Hoeveel warmte moet er aan een glas water worden overgedragen zodat de temperatuur gelijk wordt aan ?

Rijst. 5. Illustratie van de probleemomstandigheden

Eerst schrijven we een korte voorwaarde op ( Gegeven) en converteer alle hoeveelheden naar het internationale systeem (SI).

Gegeven:	SI
Vinden:

Oplossing:

Bepaal eerst welke andere hoeveelheden we nodig hebben om dit probleem op te lossen. Met behulp van de tabel met specifieke warmtecapaciteit (Tabel 1) vinden we (specifieke warmtecapaciteit van koper, aangezien het glas door omstandigheden koper is), (specifieke warmtecapaciteit van water, aangezien er door omstandigheden water in het glas zit). Bovendien weten we dat we voor het berekenen van de hoeveelheid warmte een massa water nodig hebben. Volgens de voorwaarde krijgen we alleen het volume. Daarom nemen we uit de tabel de dichtheid van water: (Tabel 2).

Tafel 1. Specifieke warmtecapaciteit van sommige stoffen,

Tafel 2. Dichtheden van sommige vloeistoffen

Nu hebben we alles wat we nodig hebben om dit probleem op te lossen.

Merk op dat de uiteindelijke hoeveelheid warmte zal bestaan ​​uit de som van de hoeveelheid warmte die nodig is om het koperen glas te verwarmen en de hoeveelheid warmte die nodig is om het water daarin te verwarmen:

Laten we eerst de hoeveelheid warmte berekenen die nodig is om een ​​koperen glas te verwarmen:

Voordat we de hoeveelheid warmte berekenen die nodig is om water te verwarmen, berekenen we eerst de massa water met behulp van een formule die ons bekend is vanaf graad 7:

Nu kunnen we berekenen:

Dan kunnen we berekenen:

Laten we onthouden wat kilojoules betekenen. Het voorvoegsel "kilo" betekent .

Antwoord:.

Voor het gemak van het oplossen van problemen bij het vinden van de hoeveelheid warmte (de zogenaamde directe problemen) en hoeveelheden die verband houden met dit concept, kunt u de volgende tabel gebruiken.

Benodigde hoeveelheid	Aanduiding	Eenheden	Basisformule	Formule voor hoeveelheid
Hoeveelheid warmte

De interne energie van een lichaam verandert wanneer er arbeid wordt verricht of warmte wordt overgedragen. Bij het fenomeen warmteoverdracht wordt interne energie overgedragen door geleiding, convectie of straling.

Elk lichaam krijgt of verliest, wanneer het wordt verwarmd of gekoeld (door warmteoverdracht), een bepaalde hoeveelheid energie. Op basis hiervan is het gebruikelijk om deze hoeveelheid energie de hoeveelheid warmte te noemen.

Dus, de hoeveelheid warmte is de energie die een lichaam geeft of ontvangt tijdens het proces van warmteoverdracht.

Hoeveel warmte is er nodig om water te verwarmen? Op eenvoudig voorbeeld u begrijpt dat er voor het verwarmen van verschillende hoeveelheden water verschillende hoeveelheden water nodig zijn verschillende hoeveelheden warmte. Laten we zeggen dat we twee reageerbuizen nemen met 1 liter water en 2 liter water. In welk geval is er meer warmte nodig? In de tweede, waar er 2 liter water in een reageerbuis zit. Het opwarmen van de tweede reageerbuis duurt langer als we ze met dezelfde vuurbron verwarmen.

De hoeveelheid warmte hangt dus af van de lichaamsmassa. Hoe groter de massa, hoe groter de hoeveelheid warmte die nodig is voor verwarming en dus hoe langer het duurt om het lichaam af te koelen.

Waar hangt de hoeveelheid warmte nog meer van af? Natuurlijk door het verschil in lichaamstemperatuur. Maar dat is niet alles. Als we water of melk proberen te verwarmen, hebben we immers verschillende hoeveelheden tijd nodig. Dat wil zeggen, het blijkt dat de hoeveelheid warmte afhangt van de substantie waaruit het lichaam bestaat.

Hierdoor blijkt dat de hoeveelheid warmte die nodig is voor verwarming of de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij het afkoelen van een lichaam afhangt van de massa, van de temperatuurverandering en van het soort stof waaruit het lichaam bestaat. samengesteld.

Hoe wordt de hoeveelheid warmte gemeten?

Achter eenheid van warmte het is algemeen aanvaard 1 Joule. Vóór de komst van de meeteenheid voor energie beschouwden wetenschappers de hoeveelheid warmte als calorieën. Deze meeteenheid wordt meestal afgekort als “J”

Calorie- dit is de hoeveelheid warmte die nodig is om 1 gram water met 1 graad Celsius te verwarmen. De verkorte vorm van caloriemeting is “cal”.

1 cal = 4,19 J.

Houd er rekening mee dat het in deze energie-eenheden gebruikelijk is om dit op te merken voedingswaarde voedingsmiddelen kJ en kcal.

1 kcal = 1000 kcal.

1 kJ = 1000 J

1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ

Wat is soortelijke warmtecapaciteit

Elke stof in de natuur heeft zijn eigen eigenschappen, en het verwarmen van elke afzonderlijke stof vereist een andere hoeveelheid energie, d.w.z. hoeveelheid warmte.

Specifieke warmtecapaciteit van een stof- dit is een hoeveelheid die gelijk is aan de hoeveelheid warmte die moet worden overgedragen aan een lichaam met een massa van 1 kilogram om het te verwarmen tot een temperatuur van 1 0 C

De soortelijke warmtecapaciteit wordt aangegeven met de letter c en heeft een meetwaarde van J/kg*

De soortelijke warmtecapaciteit van water is bijvoorbeeld 4200 J/kg* 0 C. Dat wil zeggen, dit is de hoeveelheid warmte die moet worden overgebracht naar 1 kg water om het met 1 te verwarmen. 0 C

Er moet aan worden herinnerd dat de specifieke warmtecapaciteit van stoffen in verschillende aggregatietoestanden verschillend is. Dat wil zeggen: het ijs met 1 verwarmen 0 C heeft een andere hoeveelheid warmte nodig.

Hoe bereken je de hoeveelheid warmte die nodig is om een ​​lichaam te verwarmen?

Het is bijvoorbeeld nodig om de hoeveelheid warmte te berekenen die nodig is om 3 kg water te verwarmen vanaf een temperatuur van 15 0 C tot temperatuur 85 0 C. We kennen de specifieke warmtecapaciteit van water, dat wil zeggen de hoeveelheid energie die nodig is om 1 kg water 1 graad te verwarmen. Dat wil zeggen, om de hoeveelheid warmte in ons geval te achterhalen, moet u de specifieke warmtecapaciteit van water vermenigvuldigen met 3 en met het aantal graden waarmee u de watertemperatuur wilt verhogen. Dat is dus 4200*3*(85-15) = 882.000.

Tussen haakjes berekenen we het exacte aantal graden, waarbij we het initiële resultaat aftrekken van het uiteindelijk vereiste resultaat

Dus om 3 kg water te verwarmen van 15 naar 85 0 C, we hebben 882.000 J warmte nodig.

De hoeveelheid warmte wordt aangegeven met de letter Q, de formule voor het berekenen ervan is als volgt:

Q=c*m*(t2 -t1).

Analyse en oplossing van problemen

Probleem 1. Hoeveel warmte is er nodig om 0,5 kg water van 20 naar 50 te verwarmen 0 C

Gegeven:

m = 0,5kg.,

s = 4200 J/kg* 0 C,

t 1 = 20 0 C,

t2 = 50 0 C.

Uit de tabel hebben we de soortelijke warmtecapaciteit bepaald.

Oplossing:

2 -t1).

Vervang de waarden:

Q=4200*0,5*(50-20) = 63.000 J = 63 kJ.

Antwoord: Q=63 kJ.

Taak 2. Hoeveel warmte is er nodig om een ​​aluminium staaf van 0,5 kg bij 85 te verwarmen? 0 graden Celsius?

Gegeven:

m = 0,5kg.,

s = 920 J/kg* 0 C,

t 1 = 0 0 C,

t2 = 85 0 C.

Oplossing:

de hoeveelheid warmte wordt bepaald door de formule Q=c*m*(t 2 -t1).

Vervang de waarden:

Q=920*0,5*(85-0) = 39.100 J = 39,1 kJ.

Antwoord: Q= 39,1 kJ.

Warmte capaciteit- dit is de hoeveelheid warmte die het lichaam absorbeert bij verwarming met 1 graad.

De warmtecapaciteit van een lichaam wordt aangegeven met een Latijnse hoofdletter MET.

Waar hangt de warmtecapaciteit van een lichaam van af? Allereerst vanwege zijn massa. Het is duidelijk dat voor het verwarmen van bijvoorbeeld 1 kilogram water meer warmte nodig is dan voor het verwarmen van 200 gram.

Hoe zit het met het soort stof? Laten we een experiment doen. Laten we twee identieke vaten nemen en water met een gewicht van 400 g in de ene gieten, en in de andere - plantaardige olie met een gewicht van 400 g, laten we ze gaan verwarmen met identieke branders. Door de thermometerwaarden te observeren, zullen we zien dat de olie snel opwarmt. Om water en olie tot dezelfde temperatuur te verwarmen, moet het water langer worden verwarmd. Maar hoe langer we het water verwarmen, hoe meer warmte het van de brander ontvangt.

Er zijn dus verschillende hoeveelheden warmte nodig om dezelfde massa van verschillende stoffen tot dezelfde temperatuur te verwarmen. De hoeveelheid warmte die nodig is om een ​​lichaam te verwarmen en dus de warmtecapaciteit ervan, hangt af van het type stof waaruit het lichaam is samengesteld.

Om bijvoorbeeld de temperatuur van water van 1 kg met 1°C te verhogen, is een hoeveelheid warmte gelijk aan 4200 J nodig, en om dezelfde massa met 1°C te verwarmen. zonnebloemolie de benodigde hoeveelheid warmte is 1700 J.

Fysieke hoeveelheid het weergeven van hoeveel warmte er nodig is om 1 kg van een stof met 1 ºС te verwarmen, wordt genoemd specifieke warmte capaciteit van deze stof.

Elke stof heeft zijn eigen specifieke warmtecapaciteit, die wordt aangegeven met de Latijnse letter c en wordt gemeten in joule per kilogram graad (J/(kg °C)).

De specifieke warmtecapaciteit van dezelfde stof in verschillende aggregatietoestanden (vast, vloeibaar en gasvormig) is verschillend. De specifieke warmtecapaciteit van water is bijvoorbeeld 4200 J/(kg °C), en de specifieke warmtecapaciteit van ijs is 2100 J/(kg °C); Aluminium heeft in vaste toestand een specifieke warmtecapaciteit van 920 J/(kg - °C), en in vloeibare toestand - 1080 J/(kg - °C).

Houd er rekening mee dat water een zeer hoge soortelijke warmtecapaciteit heeft. Daarom wordt water in de zeeën en oceanen, dat in de zomer opwarmt, uit de lucht geabsorbeerd een groot aantal van warmte. Dankzij dit, op die plaatsen in de buurt grote watermassa's, de zomer is niet zo heet als op plaatsen ver van water.

Berekening van de hoeveelheid warmte die nodig is om een ​​lichaam te verwarmen of die vrijkomt tijdens het afkoelen.

Uit het bovenstaande blijkt duidelijk dat de hoeveelheid warmte die nodig is om een ​​lichaam te verwarmen afhangt van het type substantie waaruit het lichaam bestaat (d.w.z. de soortelijke warmtecapaciteit) en van de massa van het lichaam. Ook is duidelijk dat de hoeveelheid warmte afhangt van hoeveel graden we de lichaamstemperatuur gaan verhogen.

Om dus de hoeveelheid warmte te bepalen die nodig is om een ​​lichaam te verwarmen of die vrijkomt tijdens het afkoelen, moet je de specifieke warmtecapaciteit van het lichaam vermenigvuldigen met zijn massa en met het verschil tussen de eind- en begintemperatuur:

Q= cm (t 2 -t 1),

Waar Q- hoeveelheid warmte, C- specifieke warmte capaciteit, M- lichaamsgewicht, t 1- begintemperatuur, t 2- eindtemperatuur.

Wanneer het lichaam opwarmt t 2> t 1 en daarom Q >0 . Wanneer het lichaam afkoelt t 2i< t 1 en daarom Q< 0 .

Als de warmtecapaciteit van het hele lichaam bekend is MET, Q bepaald door de formule: Q = C (t2 - t1).

22) Smelten: definitie, berekening van de hoeveelheid warmte voor smelten of stollen, soortelijke smeltwarmte, grafiek van t 0 (Q).

Thermodynamica

Hoofdstuk moleculaire fysica, dat de overdracht van energie bestudeert, de patronen van transformatie van sommige soorten energie in andere. In tegenstelling tot de moleculaire kinetische theorie houdt de thermodynamica geen rekening interne structuur stoffen en microparameters.

Thermodynamisch systeem

Het is een verzameling lichamen die energie (in de vorm van arbeid of warmte) met elkaar of met elkaar uitwisselen omgeving. Zo koelt het water in de ketel af en wordt er warmte uitgewisseld tussen het water en de ketel en de warmte van de ketel met de omgeving. Een cilinder met gas onder de zuiger: de zuiger verricht arbeid, waardoor het gas energie ontvangt en de macroparameters veranderen.

Hoeveelheid warmte

Dit energie, die het systeem ontvangt of vrijgeeft tijdens het warmtewisselingsproces. Aangeduid met het symbool Q, wordt het, zoals elke energie, gemeten in Joules.

Als gevolg van verschillende warmtewisselingsprocessen wordt de energie die wordt overgedragen op zijn eigen manier bepaald.

Verwarming en koeling

Dit proces wordt gekenmerkt door een verandering in de temperatuur van het systeem. De hoeveelheid warmte wordt bepaald door de formule

Soortelijke warmtecapaciteit van een stof met gemeten aan de hoeveelheid warmte die nodig is om op te warmen eenheden van massa van deze stof met 1K. Voor het verwarmen is 1 kg glas of 1 kg water nodig verschillende hoeveelheid energie. Soortelijke warmtecapaciteit is een bekende grootheid, al berekend voor alle stoffen; zie de waarde in fysieke tabellen.

Warmtecapaciteit van stof C- dit is de hoeveelheid warmte die nodig is om een ​​lichaam te verwarmen zonder rekening te houden met de massa van 1K.

Smelten en kristallisatie

Smelten is de overgang van een stof van een vaste naar een vloeibare toestand. De omgekeerde overgang wordt kristallisatie genoemd.

Energie die wordt besteed aan vernietiging kristal rooster stoffen, bepaald door de formule

De soortelijke smeltwarmte is voor elke stof een bekende waarde; zie de waarde in fysieke tabellen.

Verdamping (verdampen of koken) en condensatie

Verdamping is de overgang van een stof van een vloeibare (vaste) toestand naar een gasvormige toestand. Omgekeerd proces condensatie genoemd.

De soortelijke verdampingswarmte is voor elke stof een bekende waarde; zie de waarde in fysieke tabellen.

Verbranding

De hoeveelheid warmte die vrijkomt als een stof verbrandt

De soortelijke verbrandingswarmte is voor elke stof een bekende waarde; zie de waarde in fysieke tabellen.

Voor een gesloten en adiabatisch geïsoleerd systeem van lichamen wordt voldaan aan de warmtebalansvergelijking. De algebraïsche som van de hoeveelheden warmte die worden afgegeven en ontvangen door alle lichamen die deelnemen aan de warmte-uitwisseling is gelijk aan nul:

Q1 +Q2 +...+Qn =0

23) De structuur van vloeistoffen. Oppervlaktelaag. Oppervlaktespanningskracht: voorbeelden van manifestatie, berekening, oppervlaktespanningscoëfficiënt.

Van tijd tot tijd kan een molecuul naar een nabijgelegen lege locatie verhuizen. Dergelijke sprongen in vloeistoffen komen vrij vaak voor; daarom zijn de moleculen niet gebonden aan specifieke centra, zoals bij kristallen, en kunnen ze door het hele volume van de vloeistof bewegen. Dit verklaart de vloeibaarheid van vloeistoffen. Door de sterke interactie tussen dicht bij elkaar gelegen moleculen kunnen ze lokaal (instabiele) geordende groepen vormen die meerdere moleculen bevatten. Dit fenomeen heet bestelling sluiten(Afb. 3.5.1).

De coëfficiënt β wordt genoemd temperatuurcoëfficiënt volumetrische expansie . Deze coëfficiënt is voor vloeistoffen tientallen keren groter dan voor vaste stoffen. Voor water bijvoorbeeld bij een temperatuur van 20 °C β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, voor staal β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, voor kwartsglas β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .

De thermische uitzetting van water heeft een interessante en belangrijke anomalie voor het leven op aarde. Bij temperaturen onder de 4 °C zet water uit naarmate de temperatuur daalt (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Wanneer water bevriest, zet het uit, zodat ijs op het oppervlak van een ijskoude watermassa blijft drijven. De temperatuur van ijskoud water onder het ijs is 0 °C. In dichtere waterlagen op de bodem van het reservoir bedraagt ​​de temperatuur ongeveer 4 °C. Hierdoor kan er leven bestaan ​​in het water van ijskoude reservoirs.

Meest interessante functie vloeistoffen is de aanwezigheid vrij oppervlak . Vloeistof vult, in tegenstelling tot gassen, niet het volledige volume van de container waarin het wordt gegoten. Er wordt een grensvlak gevormd tussen vloeistof en gas (of damp), dat zich in de vloeistof bevindt speciale condities vergeleken met de rest van de vloeibare massa. Houd er rekening mee dat vanwege de extreem lage samendrukbaarheid de aanwezigheid van een dichter opeengepakte oppervlaktelaag niet leidt tot enige merkbare verandering in het volume van de vloeistof. Als een molecuul van het oppervlak in de vloeistof beweegt, zullen de krachten van intermoleculaire interactie positief werk verrichten. Integendeel, om een ​​bepaald aantal moleculen uit de diepten van de vloeistof naar het oppervlak te trekken (dat wil zeggen om het oppervlak van de vloeistof te vergroten), moeten externe krachten positief werk verrichten Δ A extern, evenredig met de verandering Δ S oppervlakte:

Uit de mechanica is bekend dat de evenwichtstoestanden van het systeem overeenkomen minimale waarde zijn potentiële energie. Hieruit volgt dat het vrije oppervlak van de vloeistof de neiging heeft het oppervlak ervan te verkleinen. Om deze reden krijgt een vrije druppel vloeistof een bolvorm. De vloeistof gedraagt ​​zich alsof krachten die tangentiaal op het oppervlak inwerken, dit oppervlak samentrekken (trekken). Deze krachten worden genoemd oppervlaktespanningskrachten .

De aanwezigheid van oppervlaktespanningskrachten zorgt ervoor dat het oppervlak van een vloeistof eruit ziet als een elastische, uitgerekte film, met als enige verschil dat de elastische krachten in de film afhankelijk zijn van het oppervlak (dat wil zeggen van hoe de film wordt vervormd) en de oppervlaktespanning. krachten ben niet afhankelijk op het oppervlak van de vloeistof.

Sommige vloeistoffen, zoals zeepwater, kunnen dunne films vormen. Bekende zeepbellen hebben een regelmatige bolvorm - dit toont ook het effect van oppervlaktespanningskrachten. Als een draadframe, waarvan één zijde beweegbaar is, in een zeepoplossing wordt neergelaten, wordt het hele frame bedekt met een vloeistoffilm (Fig. 3.5.3).

Oppervlaktespanningskrachten hebben de neiging het oppervlak van de film te verkleinen. Om de bewegende kant van het frame in evenwicht te brengen, moet u een aanvraag indienen externe kracht Als de dwarsbalk onder invloed van een kracht met Δ beweegt X, dan wordt werk Δ uitgevoerd A vn = F vn Δ X = Δ E p = σΔ S, waarbij Δ S = 2LΔ X– toename van het oppervlak aan beide zijden van de zeepfilm. Omdat de moduli van krachten en hetzelfde zijn, kunnen we schrijven:

De oppervlaktespanningscoëfficiënt σ kan dus worden gedefinieerd als modulus van de oppervlaktespanningskracht die inwerkt per lengte-eenheid van de lijn die het oppervlak begrenst.

Vanwege de werking van oppervlaktespanningskrachten in vloeistofdruppels en daarbinnen zeepbellen er treedt overdruk Δ op P. Als je mentaal een bolvormige druppel straal afsnijdt R in twee helften, dan moet elk van hen in evenwicht zijn onder de werking van oppervlaktespanningskrachten die worden uitgeoefend op de snijgrens met lengte 2π R en overmatige drukkrachten die inwerken op het gebied π R 2 secties (Fig. 3.5.4). De evenwichtsvoorwaarde wordt geschreven als

Als deze krachten meer kracht interacties tussen de moleculen van de vloeistof zelf en vervolgens de vloeistof bevochtigt oppervlak van een vaste stof. In dit geval nadert de vloeistof het oppervlak van het vaste lichaam op enige wijze Scherpe hoekθ, kenmerkend voor een bepaald vloeistof-vastestofpaar. De hoek θ wordt genoemd contact hoek . Als de interactiekrachten tussen vloeibare moleculen de krachten van hun interactie met vaste moleculen overschrijden, blijkt de contacthoek θ stomp te zijn (Fig. 3.5.5). In dit geval zeggen ze dat de vloeistof wordt niet nat oppervlak van een vaste stof. Bij volledige bevochtigingθ = 0, op volledig niet-bevochtigendθ = 180°.

Capillaire verschijnselen heet de stijging of daling van vloeistof in buizen met een kleine diameter - haarvaten. Bevochtigende vloeistoffen stijgen door de haarvaten, niet-bevochtigende vloeistoffen dalen af.

In afb. 3.5.6 toont een capillaire buis met een bepaalde straal R, aan de onderkant neergelaten in een bevochtigingsvloeistof met dichtheid ρ. Het bovenste uiteinde van het capillair is open. De stijging van de vloeistof in het capillair gaat door totdat de zwaartekracht die op de vloeistofkolom in het capillair inwerkt, even groot wordt als de resulterende vloeistofkolom. F n oppervlaktespanningskrachten die werken langs de contactgrens van de vloeistof met het oppervlak van het capillair: F t = F n, waar F t = mg = ρ Hπ R 2 G, F n = σ2π R cos θ.

Dit houdt in:

Bij volledige niet-bevochtiging θ = 180°, cos θ = –1 en dus H < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Water bevochtigt het schone glasoppervlak bijna volledig. Integendeel, kwik bevochtigt het glasoppervlak niet volledig. Daarom daalt het kwikniveau in het glazen capillair tot onder het niveau in het vat.

24) Verdamping: definitie, soorten (verdamping, koken), berekening van de hoeveelheid warmte voor verdamping en condensatie, soortelijke verdampingswarmte.

Verdamping en condensatie. Verklaring van het fenomeen verdamping aan de hand van ideeën over de moleculaire structuur van materie. Specifieke verdampingswarmte. Zijn eenheden.

Het fenomeen waarbij een vloeistof in damp verandert, wordt genoemd verdamping.

Verdamping - het verdampingsproces dat plaatsvindt vanaf een open oppervlak.

Vloeibare moleculen bewegen mee met verschillende snelheden. Als een molecuul op het oppervlak van een vloeistof terechtkomt, kan het de aantrekkingskracht van naburige moleculen overwinnen en uit de vloeistof vliegen. De uitgestoten moleculen vormen stoom. De resterende moleculen van de vloeistof veranderen van snelheid bij botsing. Tegelijkertijd verwerven sommige moleculen een snelheid die voldoende is om uit de vloeistof te vliegen. Dit proces gaat door, zodat de vloeistoffen langzaam verdampen.

*De verdampingssnelheid is afhankelijk van het type vloeistof. De vloeistoffen waarvan de moleculen met minder kracht worden aangetrokken, verdampen sneller.

*Verdamping kan bij elke temperatuur optreden. Maar wanneer hoge temperaturen verdamping vindt sneller plaats .

*De verdampingssnelheid is afhankelijk van het oppervlak.

*Bij wind (luchtstroom) vindt verdamping sneller plaats.

Tijdens verdamping neemt de interne energie af, omdat Tijdens de verdamping laat de vloeistof snelle moleculen achter, waardoor gemiddelde snelheid resterende moleculen neemt af. Dit betekent dat als er geen energie van buitenaf komt, de temperatuur van de vloeistof afneemt.

Het fenomeen waarbij damp in vloeistof verandert, wordt genoemd condensatie. Het gaat gepaard met het vrijkomen van energie.

Stoomcondensatie verklaart de vorming van wolken. Waterdamp die boven de grond opstijgt, vormt wolken in de bovenste koude luchtlagen, die bestaan ​​uit kleine waterdruppels.

Specifieke verdampingswarmte - fysiek een waarde die aangeeft hoeveel warmte er nodig is om een ​​vloeistof van 1 kg om te zetten in stoom zonder dat de temperatuur verandert.

Ud. warmte van verdamping aangegeven met de letter L en gemeten in J/kg

Ud. verdampingswarmte van water: L=2,3×10 6 J/kg, alcohol L=0,9×10 6

Hoeveelheid warmte die nodig is om vloeistof in damp om te zetten: Q = Lm

WARMTE UITWISSELING.

1. Warmte-uitwisseling.

Warmte-uitwisseling of warmteoverdracht is het proces waarbij de interne energie van het ene lichaam naar het andere wordt overgebracht zonder dat er arbeid wordt verricht.

Er zijn drie soorten warmteoverdracht.

1) Warmtegeleiding- Dit is de warmte-uitwisseling tussen lichamen tijdens hun directe contact.

2) Convectie- Dit is warmte-uitwisseling waarbij warmte wordt overgedragen door gas- of vloeistofstromen.

3) Straling– Dit is warmte-uitwisseling door middel van elektromagnetische straling.

2. Hoeveelheid warmte.

De hoeveelheid warmte is een maatstaf voor de verandering in de interne energie van een lichaam tijdens de warmte-uitwisseling. Aangegeven door de letter Q.

Eenheid voor het meten van de hoeveelheid warmte = 1 J.

De hoeveelheid warmte die een lichaam van een ander lichaam ontvangt als gevolg van warmte-uitwisseling, kan worden besteed aan het verhogen van de temperatuur (het verhogen van de kinetische energie van moleculen) of het veranderen van de aggregatietoestand (het verhogen van de potentiële energie).

3. Specifieke warmtecapaciteit van de stof.

De ervaring leert dat de hoeveelheid warmte die nodig is om een ​​lichaam met massa m van temperatuur T 1 naar temperatuur T 2 te verwarmen evenredig is met de massa van het lichaam m en het temperatuurverschil (T 2 - T 1), d.w.z.

Q = cm(T 2 - T 1 ) = sMΔ T,

Met wordt de soortelijke warmtecapaciteit van de substantie van het verwarmde lichaam genoemd.

De soortelijke warmtecapaciteit van een stof is gelijk aan de hoeveelheid warmte die aan 1 kg van de stof moet worden gegeven om deze met 1 K te verwarmen.

Meeteenheid van soortelijke warmtecapaciteit =.

De warmtecapaciteitswaarden voor verschillende stoffen zijn te vinden in fysieke tabellen.

Precies dezelfde hoeveelheid warmte Q komt vrij als het lichaam wordt gekoeld door ΔT.

4. Specifieke verdampingswarmte.

De ervaring leert dat de hoeveelheid warmte die nodig is om een ​​vloeistof in stoom om te zetten evenredig is met de massa van de vloeistof, d.w.z.

Q = Lm,

waar is de evenredigheidscoëfficiënt L wordt de soortelijke verdampingswarmte genoemd.

De soortelijke verdampingswarmte is gelijk aan de hoeveelheid warmte die nodig is om 1 kg vloeistof op kookpunt om te zetten in stoom.

Een meeteenheid voor de soortelijke verdampingswarmte.

Tijdens het omgekeerde proces, stoomcondensatie, komt warmte vrij in dezelfde hoeveelheid die werd besteed aan stoomvorming.

5. Specifieke smeltwarmte.

De ervaring leert dat de hoeveelheid warmte die nodig is voor de transformatie stevig in vloeistof, evenredig aan het lichaamsgewicht, d.w.z.

Q = λ M,

waarbij de evenredigheidscoëfficiënt λ de soortelijke smeltwarmte wordt genoemd.

De soortelijke smeltwarmte is gelijk aan de hoeveelheid warmte die nodig is om een ​​vast lichaam van 1 kg op het smeltpunt om te zetten in een vloeistof.

Een meeteenheid voor de soortelijke smeltwarmte.

Tijdens het omgekeerde proces, kristallisatie van de vloeistof, komt warmte vrij in dezelfde hoeveelheid die werd besteed aan het smelten.

6. Specifieke verbrandingswarmte.

De ervaring leert dat de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij volledige verbranding van brandstof evenredig is met de massa van de brandstof, d.w.z.

Q = QM,

Waarbij de evenredigheidscoëfficiënt q de soortelijke verbrandingswarmte wordt genoemd.

De soortelijke verbrandingswarmte is gelijk aan de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij volledige verbranding van 1 kg brandstof.

Meeteenheid van soortelijke verbrandingswarmte.

7. Warmtebalansvergelijking.

Bij warmte-uitwisseling zijn twee of meer lichamen betrokken. Sommige lichamen geven warmte af, terwijl andere het ontvangen. Warmte-uitwisseling vindt plaats totdat de temperaturen van de lichamen gelijk worden. Volgens de wet van behoud van energie is de hoeveelheid warmte die wordt afgegeven gelijk aan de hoeveelheid die wordt ontvangen. Op basis hiervan wordt de warmtebalansvergelijking geschreven.

Laten we eens kijken naar een voorbeeld.

Een lichaam met massa m 1, waarvan de warmtecapaciteit c 1 is, heeft een temperatuur T 1, en een lichaam met massa m 2, waarvan de warmtecapaciteit c 2 is, heeft een temperatuur T 2. Bovendien is T 1 groter dan T 2. Deze lichamen worden met elkaar in contact gebracht. De ervaring leert dat een koud lichaam (m 2) begint op te warmen en een warm lichaam (m 1) begint af te koelen. Dit suggereert dat een deel van de interne energie van het hete lichaam wordt overgedragen naar het koude lichaam en dat de temperaturen gelijk worden gemaakt. Laten we de uiteindelijke algehele temperatuur aangeven met θ.

De hoeveelheid warmte die wordt overgedragen van een warm lichaam naar een koud lichaam

Q overgedragen. = C 1 M 1 (T 1 – θ )

De hoeveelheid warmte die een koud lichaam ontvangt van een warm lichaam

Q ontvangen. = C 2 M 2 (θ – T 2 )

Volgens de wet van behoud van energie Q overgedragen. = Q ontvangen., d.w.z.

C 1 M 1 (T 1 – θ )= C 2 M 2 (θ – T 2 )

Laten we de haakjes openen en de waarde van de totale steady-state temperatuur θ uitdrukken.

In dit geval verkrijgen we de temperatuurwaarde θ in Kelvin.

Omdat Q echter wordt doorgegeven in de uitdrukkingen. en Q wordt ontvangen. is het verschil tussen twee temperaturen, en dit is zowel in Kelvin als in graden Celsius hetzelfde, dan kan de berekening in graden Celsius worden uitgevoerd. Dan

In dit geval verkrijgen we de temperatuurwaarde θ in graden Celsius.

De egalisatie van temperaturen als gevolg van thermische geleidbaarheid kan op basis van de moleculaire kinetische theorie worden verklaard als de uitwisseling van kinetische energie tussen moleculen bij botsing in het proces van thermische chaotische beweging.

Dit voorbeeld kan worden geïllustreerd met een grafiek.