Możesz zmienić energię wewnętrzną gazu w cylindrze nie tylko wykonując pracę, ale także ogrzewając gaz (ryc. 43). Jeśli tłok jest nieruchomy, objętość gazu się nie zmieni, ale wzrośnie temperatura, a tym samym energia wewnętrzna.
Proces przenoszenia energii z jednego ciała do drugiego bez wykonywania pracy nazywa się przenoszeniem ciepła lub przenoszeniem ciepła.

Energia przekazana ciału w wyniku wymiany ciepła nazywana jest ilością ciepła. Ilość ciepła nazywana jest również energią, którą ciało wydziela w procesie wymiany ciepła.

Molekularny obraz wymiany ciepła. Podczas wymiany ciepła na granicy między ciałami wolno poruszające się cząsteczki ciała zimnego oddziałują z szybciej poruszającymi się cząsteczkami ciała gorącego. W rezultacie energie kinetyczne cząsteczek wyrównują się i prędkości cząsteczek ciała zimnego rosną, a ciała gorącego maleją.

Podczas wymiany ciepła nie dochodzi do konwersji energii z jednej formy na drugą: cz energia wewnętrzna gorące ciało przenosi się do zimnego ciała.

Ilość ciepła i pojemność cieplna. Z lekcji fizyki do klasy VII wiadomo, że aby ogrzać ciało o masie m od temperatury t 1 do temperatury t 2, należy podać mu ilość ciepła

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cmΔt. (4,5)

Kiedy ciało się ochładza, jego wieczna temperatura t 2 jest niższa niż początkowa t 1, a ilość ciepła wydzielanego przez ciało jest ujemna.
Nazywa się współczynnik c we wzorze (4.5). ciepło właściwe . Ciepło właściwe to ilość ciepła, jaką otrzymuje lub oddaje 1 kg substancji, gdy jej temperatura zmienia się o 1 K.

Ciepło właściwe wyraża się w dżulach na kilogram razy kelwin. Różne ciała do podniesienia temperatury o 1 K potrzebna jest niejednakowa ilość energii. Tak więc ciepło właściwe wody wynosi 4190 J/(kg K), a miedzi 380 J/(kg K).

Ciepło właściwe zależy nie tylko od właściwości substancji, ale także od procesu, w którym zachodzi wymiana ciepła. Jeśli podgrzejesz gaz pod stałym ciśnieniem, rozszerzy się i wykona pracę. Aby ogrzać gaz o 1°C przy stałym ciśnieniu, będzie on musiał przenieść więcej ciepła niż ogrzać go przy stałej objętości.

Ciecze i ciała stałe nieznacznie rozszerzają się po podgrzaniu, a ich ciepło właściwe przy stałej objętości i stałym ciśnieniu niewiele się różni.

Ciepło właściwe parowania. Aby zamienić ciecz w parę, należy przekazać jej pewną ilość ciepła. Temperatura cieczy nie zmienia się podczas tej przemiany. Przemiana cieczy w parę w stałej temperaturze nie prowadzi do wzrostu energii kinetycznej cząsteczek, ale towarzyszy temu wzrost ich energii potencjalnej. W końcu średnia odległość między cząsteczkami gazu jest wielokrotnie większa niż między cząsteczkami cieczy. Ponadto zwiększenie objętości podczas przejścia substancji ze stanu ciekłego w stan gazowy wymaga wykonania pracy przeciw siłom ciśnienia zewnętrznego.

Ilość ciepła potrzebna do przekształcenia 1 kg cieczy w parę w stałej temperaturze nazywa się ciepło właściwe odparowanie. Wartość ta jest oznaczona literą r i wyrażona w dżulach na kilogram.

Ciepło właściwe parowania wody jest bardzo wysokie: 2,256 · 10 6 J/kg w temperaturze 100°C. W przypadku innych cieczy (alkohol, eter, rtęć, nafta itp.) ciepło właściwe parowania jest 3-10 razy mniejsze.

Do przekształcenia cieczy o masie m w parę potrzebna jest ilość ciepła równa:

Podczas skraplania pary uwalniana jest taka sama ilość ciepła

Qk = –rm. (4.7)

Ciepło właściwe topnienia. Kiedy ciało krystaliczne topi się, całe dostarczane do niego ciepło idzie na zwiększenie energii potencjalnej cząsteczek. Energia kinetyczna cząsteczek nie zmienia się, ponieważ topnienie zachodzi w stałej temperaturze.

Ilość ciepła λ (lambda) potrzebna do przetworzenia 1 kg substancja krystaliczna w temperaturze topnienia w ciecz o tej samej temperaturze nazywa się ciepłem właściwym topnienia.

Podczas krystalizacji 1 kg substancji wydziela się dokładnie taka sama ilość ciepła. Ciepło właściwe topnienia lodu jest dość wysokie: 3,4 · 10 · 5 J/kg.

Do stopienia ciała krystalicznego o masie m potrzebna jest ilość ciepła równa:

Qpl \u003d λm. (4.8)

Ilość ciepła wydzielanego podczas krystalizacji ciała jest równa:

Q kr = - λm. (4,9)

1. Jak nazywa się ilość ciepła? 2. Co decyduje o właściwej pojemności cieplnej substancji? 3. Co nazywa się ciepłem właściwym parowania? 4. Co nazywa się ciepłem właściwym topnienia? 5. W jakich przypadkach ilość przekazywanego ciepła jest ujemna?

Na tej lekcji nauczymy się obliczać ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała lub uwolnienia go, gdy ostygnie. Aby to zrobić, podsumujemy wiedzę zdobytą na poprzednich lekcjach.

Ponadto nauczymy się, jak za pomocą wzoru na ilość ciepła wyrazić pozostałe wielkości z tego wzoru i obliczyć je, znając inne wielkości. Rozważony zostanie również przykład problemu z rozwiązaniem do obliczania ilości ciepła.

Ta lekcja jest poświęcona obliczaniu ilości ciepła, gdy ciało jest ogrzewane lub uwalniane przez nie, gdy jest schładzane.

Umiejętność obliczania wymagana ilość ciepło jest bardzo ważne. Może to być konieczne na przykład przy obliczaniu ilości ciepła, które należy przekazać wodzie, aby ogrzać pomieszczenie.

Ryż. 1. Ilość ciepła, jaką należy dostarczyć wodzie, aby ogrzać pomieszczenie

Lub obliczyć ilość ciepła uwalnianego podczas spalania paliwa w różnych silnikach:

Ryż. 2. Ilość ciepła uwalnianego podczas spalania paliwa w silniku

Wiedza ta jest również potrzebna np. do określenia ilości ciepła, które Słońce uwalnia i uderza w Ziemię:

Ryż. 3. Ilość ciepła wydzielanego przez Słońce i padającego na Ziemię

Aby obliczyć ilość ciepła, musisz wiedzieć trzy rzeczy (ryc. 4):

• masa ciała (którą zwykle można zmierzyć za pomocą wagi);
• różnica temperatur, o jaką należy ogrzać lub schłodzić ciało (zwykle mierzona termometrem);
• ciepło właściwe ciała (które można określić z tabeli).

Ryż. 4. Co musisz wiedzieć, aby ustalić

Wzór na obliczenie ilości ciepła jest następujący:

Ta formuła zawiera następujące ilości:

Ilość ciepła mierzona w dżulach (J);

Ciepło właściwe substancji, mierzone w;

- różnica temperatur mierzona w stopniach Celsjusza ().

Rozważ problem obliczania ilości ciepła.

Zadanie

Miedziane szkło o masie gramów zawiera wodę o objętości jednego litra w temperaturze . Ile ciepła należy przekazać szklance wody, aby jej temperatura była równa ?

Ryż. 5. Ilustracja stanu problemu

Najpierw piszemy krótki warunek ( Dany) i przelicz wszystkie wielkości na układ międzynarodowy (SI).

Dany:	SI
Znajdować:

Rozwiązanie:

Najpierw określ, jakich innych wielkości potrzebujemy, aby rozwiązać ten problem. Zgodnie z tabelą ciepła właściwego (Tabela 1), znajdujemy (ciepło właściwe miedzi, ponieważ z założenia szkło jest miedzią), (ciepło właściwe wody, ponieważ z warunku woda jest w szkle). Ponadto wiemy, że aby obliczyć ilość ciepła, potrzebujemy masy wody. Warunkowo otrzymujemy tylko objętość. Dlatego bierzemy gęstość wody z tabeli: (Tabela 2).

Patka. 1. Ciepło właściwe niektórych substancji,

Patka. 2. Gęstości niektórych cieczy

Teraz mamy wszystko, czego potrzebujemy, aby rozwiązać ten problem.

Należy pamiętać, że całkowita ilość ciepła będzie się składać z sumy ilości ciepła potrzebnej do podgrzania miedzianego szkła i ilości ciepła potrzebnej do podgrzania w nim wody:

Najpierw obliczamy ilość ciepła potrzebną do ogrzania szkła miedzianego:

Przed obliczeniem ilości ciepła potrzebnego do podgrzania wody obliczamy masę wody za pomocą wzoru znanego nam z klasy 7:

Teraz możemy obliczyć:

Następnie możemy obliczyć:

Przypomnij sobie, co to znaczy: kilodżule. Przedrostek „kilo” oznacza .

Odpowiedź:.

Dla wygody rozwiązywania problemów znajdowania ilości ciepła (tzw. problemów bezpośrednich) i wielkości związanych z tym pojęciem można skorzystać z poniższej tabeli.

Pożądana wartość	Przeznaczenie	Jednostki	Podstawowa formuła	Wzór na ilość
Ilość ciepła

Energia wewnętrzna ciała zmienia się po wykonaniu pracy lub przekazaniu ciepła. Przy zjawisku przenoszenia ciepła energia wewnętrzna jest przenoszona przez przewodzenie ciepła, konwekcję lub promieniowanie.

Każde ciało ogrzewane lub ochładzane (podczas wymiany ciepła) otrzymuje lub traci pewną ilość energii. Na tej podstawie zwyczajowo nazywa się tę ilość energii ilością ciepła.

Więc, ilość ciepła to energia, którą ciało oddaje lub otrzymuje w procesie wymiany ciepła.

Ile ciepła potrzeba do podgrzania wody? NA prosty przykład można zrozumieć, że podgrzanie różnych ilości wody zajmie inna kwota ciepło. Załóżmy, że bierzemy dwie probówki z 1 litrem wody i 2 litrami wody. W którym przypadku będzie potrzebne więcej ciepła? W drugim, gdzie w probówce znajdują się 2 litry wody. Druga probówka będzie się nagrzewać dłużej, jeśli podgrzejemy je tym samym źródłem ognia.

Zatem ilość ciepła zależy od masy ciała. Im większa masa, tym większa ilość ciepła potrzebna do ogrzania, a zatem ochłodzenie ciała zajmuje więcej czasu.

Co jeszcze decyduje o ilości ciepła? Oczywiście z różnicy temperatur ciał. Ale to nie wszystko. W końcu, jeśli spróbujemy podgrzać wodę lub mleko, będziemy potrzebować innej ilości czasu. Oznacza to, że okazuje się, że ilość ciepła zależy od substancji, z której składa się ciało.

W rezultacie okazuje się, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania lub ilość ciepła wydzielanego podczas ochładzania się ciała zależy od jego masy, zmian temperatury i rodzaju substancji, z której składa się ciało.

Jak mierzy się ilość ciepła?

Za jednostka ciepła uważa się 1 dżul. Przed pojawieniem się jednostki miary energii naukowcy rozważali ilość ciepła w kaloriach. Zwyczajowo zapisuje się tę jednostkę miary w formie skróconej - „J”

Kaloria to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 grama wody o 1 stopień Celsjusza. Skrócona jednostka kalorii jest zwykle zapisywana - „cal”.

1 kal = 4,19 J.

Należy pamiętać, że w tych jednostkach energii zwykle odnotowuje się Wartość odżywcza jedzenie kJ i kcal.

1 kcal = 1000 kcal.

1 kJ = 1000 J

1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ

Co to jest ciepło właściwe

Każda substancja występująca w przyrodzie ma swoje właściwości, a ogrzanie każdej substancji z osobna wymaga innej ilości energii, tj. ilość ciepła.

Ciepło właściwe substancji jest ilością równą ilości ciepła, które należy przekazać ciału o masie 1 kilograma, aby ogrzać je do temperatury 1 0C

Ciepło właściwe jest oznaczone literą c i ma wartość pomiarową J / kg *

Na przykład ciepło właściwe wody wynosi 4200 J/kg* 0 C. Oznacza to, że jest to ilość ciepła, którą należy przekazać 1 kg wody, aby ogrzać ją o 1 0C

Należy pamiętać, że ciepło właściwe substancji w różnych stanach skupienia jest różne. To znaczy podgrzać lód o 1 0 C będzie wymagać innej ilości ciepła.

Jak obliczyć ilość ciepła potrzebnego do ogrzania ciała

Na przykład konieczne jest obliczenie ilości ciepła, które należy wydać, aby ogrzać 3 kg wody z temperatury 15 0 C do 85 0 C. Znamy ciepło właściwe wody, czyli ilość energii potrzebnej do podgrzania 1 kg wody o 1 stopień. Oznacza to, że aby znaleźć ilość ciepła w naszym przypadku, należy pomnożyć ciepło właściwe wody przez 3 i przez liczbę stopni, o które należy podnieść temperaturę wody. Więc to jest 4200*3*(85-15) = 882 000.

W nawiasach obliczamy dokładną liczbę stopni, odejmując początkowy wynik od końcowego wymaganego wyniku.

Tak więc, aby podgrzać 3 kg wody od 15 do 85 0 C, potrzebujemy 882 000 J ciepła.

Ilość ciepła jest oznaczona literą Q, wzór na jej obliczenie jest następujący:

Q \u003d do * m * (t 2 -t 1).

Analiza i rozwiązywanie problemów

Zadanie 1. Ile ciepła potrzeba do ogrzania 0,5 kg wody z 20 do 50 0 С

Dany:

m = 0,5 kg.,

c \u003d 4200 J / kg * 0 C,

t 1 \u003d 20 0 C,

t 2 \u003d 50 0 C.

Określiliśmy wartość ciepła właściwego z tabeli.

Rozwiązanie:

2 -t 1 ).

Zastąp wartości:

Q \u003d 4200 * 0,5 * (50-20) \u003d 63 000 J \u003d 63 kJ.

Odpowiedź: Q=63 kJ.

Zadanie 2. Jaka ilość ciepła jest potrzebna do ogrzania pręta aluminiowego o masie 0,5 kg o 85 0 C?

Dany:

m = 0,5 kg.,

c \u003d 920 J / kg * 0 C,

t 1 \u003d 0 0 С,

t 2 \u003d 85 0 C.

Rozwiązanie:

ilość ciepła określa wzór Q=c*m*(t 2 -t 1 ).

Zastąp wartości:

Q \u003d 920 * 0,5 * (85-0) \u003d 39 100 J \u003d 39,1 kJ.

Odpowiedź: Q= 39,1 kJ.

Pojemność cieplna to ilość ciepła pochłoniętego przez ciało po podgrzaniu o 1 stopień.

Pojemność cieplna ciała jest oznaczona dużą literą łacińską Z.

Co decyduje o pojemności cieplnej ciała? Przede wszystkim z jego masy. Oczywiste jest, że podgrzanie np. 1 kilograma wody będzie wymagało więcej ciepła niż podgrzanie 200 gramów.

A co z rodzajem substancji? Zróbmy eksperyment. Weźmy dwa identyczne naczynia i wlewając do jednego z nich 400 g wody, a do drugiego - olej roślinny ważących 400 g zaczniemy je podgrzewać za pomocą identycznych palników. Obserwując wskazania termometrów, przekonamy się, że olej szybko się nagrzewa. Aby podgrzać wodę i olej do tej samej temperatury, woda musi być podgrzewana dłużej. Ale im dłużej podgrzewamy wodę, tym więcej ciepła odbiera ona z palnika.

Tak więc, aby ogrzać tę samą masę różnych substancji do tej samej temperatury, potrzebne są różne ilości ciepła. Ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała, a co za tym idzie jego pojemność cieplna, zależy od rodzaju substancji, z której to ciało jest zbudowane.

I tak np. aby podnieść temperaturę wody o masie 1 kg o 1°C potrzeba ilości ciepła równej 4200 J, a do ogrzania tej samej masy o 1°C olej słonecznikowy potrzebna jest ilość ciepła równa 1700 J.

Wielkość fizyczna, pokazujący, ile ciepła potrzeba do ogrzania 1 kg substancji o 1 ºС, nazywa się ciepło właściwe ta substancja.

Każda substancja ma swoją własną pojemność cieplną, która jest oznaczona literą łacińską c i jest mierzona w dżulach na kilogram-stopnie (J / (kg ° C)).

Ciepło właściwe tej samej substancji w różnych stanach skupienia (stałym, ciekłym i gazowym) jest różne. Na przykład ciepło właściwe wody wynosi 4200 J/(kg ºС), a ciepło właściwe lodu 2100 J/(kg ºС); aluminium w stanie stałym ma ciepło właściwe 920 J/(kg -°C), aw stanie ciekłym - 1080 J/(kg -°C).

Należy pamiętać, że woda ma bardzo duże ciepło właściwe. Dlatego woda w morzach i oceanach, nagrzewając się latem, wchłania się z powietrza duża liczba ciepło. Z tego powodu w miejscach, które znajdują się w pobliżu duże zbiorniki wodne, lato nie jest tak upalne jak w miejscach oddalonych od wody.

Obliczanie ilości ciepła potrzebnego do ogrzania ciała lub wydzielanego przez nie podczas ochładzania.

Z powyższego jasno wynika, że ​​ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy od rodzaju substancji, z której składa się ciało (tj. od jego właściwej pojemności cieplnej) oraz od masy ciała. Oczywiste jest również, że ilość ciepła zależy od tego, o ile stopni zamierzamy podnieść temperaturę ciała.

Tak więc, aby określić ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała lub uwolnioną przez nie podczas chłodzenia, należy pomnożyć ciepło właściwe ciała przez jego masę i różnicę między jego temperaturą końcową i początkową:

Q= cm (t 2 -t 1),

Gdzie Q- ilość ciepła, C- specyficzna pojemność cieplna, M- masa ciała, t1- temperatura początkowa, t2- temperatura końcowa.

Kiedy ciało jest rozgrzane t2> t1 i stąd Q >0 . Kiedy ciało jest schłodzone t 2i< t1 i stąd Q< 0 .

Jeśli znana jest pojemność cieplna całego ciała Z, Q jest określony wzorem: Q \u003d C. (t 2 - t1).

22) Topnienie: definicja, obliczanie ilości ciepła topnienia lub krzepnięcia, ciepło właściwe topnienia, wykres t 0 (Q).

Termodynamika

Rozdział fizyka molekularna, który bada przenoszenie energii, wzorce przekształcania niektórych rodzajów energii w inne. W przeciwieństwie do teorii molekularno-kinetycznej, termodynamika nie bierze pod uwagę Struktura wewnętrzna substancje i mikroparametry.

Układ termodynamiczny

Jest to zbiór ciał, które wymieniają energię (w postaci pracy lub ciepła) między sobą lub ze sobą środowisko. Na przykład woda w czajniku ochładza się, następuje wymiana ciepła wody z czajnikiem i czajnika z otoczeniem. Cylinder z gazem pod tłokiem: tłok wykonuje pracę, w wyniku której gaz otrzymuje energię i zmieniają się jego makroparametry.

Ilość ciepła

Ten energia, które jest odbierane lub oddawane przez system w procesie wymiany ciepła. Oznaczone symbolem Q, mierzone, jak każda energia, w dżulach.

W wyniku różnych procesów wymiany ciepła przekazywana energia jest określana na swój własny sposób.

Ocieplanie i ochładzanie

Proces ten charakteryzuje się zmianą temperatury układu. Ilość ciepła określa wzór

Ciepło właściwe substancji o mierzona ilością ciepła potrzebną do ogrzania jednostki masy tej substancji o 1K. Aby podgrzać 1 kg szkła lub 1 kg wody, inna ilość energia. Ciepło właściwe jest znaną wartością obliczoną już dla wszystkich substancji, patrz wartości w tabelach fizycznych.

Pojemność cieplna substancji C- jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała bez uwzględnienia jego masy o 1K.

Topienie i krystalizacja

Topnienie to przejście substancji ze stanu stałego w ciekły. Odwrotne przejście nazywa się krystalizacją.

Energia wydana na zniszczenie sieci krystalicznej substancji, określa wzór

Ciepło właściwe topnienia jest znaną wartością dla każdej substancji, patrz wartość w tabelach fizycznych.

Parowanie (parowanie lub wrzenie) i skraplanie

Parowanie to przejście substancji ze stanu ciekłego (stałego) w stan gazowy. proces odwrotny zwany kondensacją.

Ciepło właściwe parowania jest znaną wartością dla każdej substancji, patrz wartość w tabelach fizycznych.

Spalanie

Ilość ciepła uwalnianego podczas spalania substancji

Ciepło właściwe spalania jest znaną wartością dla każdej substancji, patrz wartość w tabelach fizycznych.

Dla zamkniętego i adiabatycznie izolowanego układu ciał równanie bilansu cieplnego jest spełnione. Suma algebraiczna ilości ciepła oddanego i odebranego przez wszystkie ciała uczestniczące w wymianie ciepła jest równa zeru:

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

23) Budowa cieczy. warstwa powierzchniowa. Siła napięcia powierzchniowego: przykłady manifestacji, obliczenia, współczynnik napięcia powierzchniowego.

Od czasu do czasu dowolna cząsteczka może przenieść się na sąsiednie wolne miejsce. Takie skoki w płynach zdarzają się dość często; dlatego cząsteczki nie są związane z określonymi centrami, jak w kryształach, i mogą poruszać się w całej objętości cieczy. To wyjaśnia płynność cieczy. Ze względu na silne oddziaływanie między blisko rozmieszczonymi cząsteczkami, mogą one tworzyć lokalne (niestabilne) uporządkowane grupy zawierające kilka cząsteczek. Zjawisko to nazywa się zamówienie krótkiego zasięgu(Rys. 3.5.1).

Nazywa się współczynnik β współczynnik temperatury ekspansja objętości . Współczynnik ten dla cieczy jest dziesięć razy większy niż dla ciał stałych. Dla wody, na przykład, w temperaturze 20 ° C, β in ≈ 2 10 - 4 K - 1, dla stali β st ≈ 3,6 10 - 5 K - 1, dla szkła kwarcowego β kv ≈ 9 10 - 6 K - 1.

Rozszerzalność cieplna wody ma interesującą i ważną anomalię dla życia na Ziemi. W temperaturach poniżej 4°C woda rozszerza się wraz ze spadkiem temperatury (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Kiedy woda zamarza, rozszerza się, więc lód pozostaje unoszący się na powierzchni zamarzniętego zbiornika wodnego. Temperatura zamarzania wody pod lodem wynosi 0°C. W gęstszych warstwach wody w pobliżu dna zbiornika temperatura wynosi około 4°C. Dzięki temu w wodach zamarzających zbiorników może istnieć życie.

Bardzo ciekawa funkcja płyny to obecność Wolna powierzchnia . Ciecz, w przeciwieństwie do gazów, nie wypełnia całej objętości naczynia, do którego jest wlewana. Między cieczą a gazem (lub parą) powstaje granica międzyfazowa, która znajduje się w specjalne warunki w stosunku do reszty masy cieczy Należy pamiętać, że ze względu na wyjątkowo małą ściśliwość obecność gęściej upakowanej warstwy powierzchniowej nie prowadzi do odczuwalnej zmiany objętości cieczy. Jeśli cząsteczka przemieści się z powierzchni do cieczy, siły oddziaływania międzycząsteczkowego wykonają pozytywną pracę. Wręcz przeciwnie, aby wyciągnąć pewną liczbę cząsteczek z głębi cieczy na powierzchnię (tj. zwiększyć powierzchnię cieczy), siły zewnętrzne muszą wykonać dodatnią pracę Δ A zewnętrzna, proporcjonalna do zmiany Δ S powierzchnia:

Z mechaniki wiadomo, że odpowiadają stanom równowagi układu minimalna wartość jego energia potencjalna. Wynika z tego, że swobodna powierzchnia cieczy ma tendencję do zmniejszania swojej powierzchni. Z tego powodu swobodna kropla cieczy przybiera kulisty kształt. Płyn zachowuje się tak, jakby siły działały stycznie do jego powierzchni, zmniejszając (kurcząc) tę powierzchnię. Siły te nazywają się siły napięcia powierzchniowego .

Obecność sił napięcia powierzchniowego sprawia, że ​​powierzchnia cieczy wygląda jak elastycznie rozciągnięta folia, z tą różnicą, że siły sprężystości w folii zależą od jej pola powierzchni (tj. od tego, jak folia jest zdeformowana), a siły napięcia powierzchniowego nie polegaj na powierzchni cieczy.

Niektóre płyny, takie jak woda z mydłem, mają zdolność tworzenia cienkich warstw. Wszystkie dobrze znane bańki mydlane mają prawidłowy kulisty kształt – to również przejawia się w działaniu sił napięcia powierzchniowego. Jeśli druciana rama zostanie opuszczona do roztworu mydła, którego jeden z boków jest ruchomy, to cała zostanie pokryta cienką warstwą płynu (ryc. 3.5.3).

Siły napięcia powierzchniowego mają tendencję do skracania powierzchni folii. Aby zrównoważyć ruchomą stronę ramy, musisz ją przymocować siła zewnętrzna Jeżeli pod działaniem siły poprzeczka przesunie się Δ X, to praca Δ A zew = F zew Δ X = Δ odc = σΔ S, gdzie ∆ S = 2ŁΔ X jest przyrostem pola powierzchni po obu stronach filmu mydlanego. Ponieważ moduły sił i są takie same, możemy napisać:

Zatem współczynnik napięcia powierzchniowego σ można zdefiniować jako moduł siły napięcia powierzchniowego działającej na jednostkę długości linii ograniczającej powierzchnię.

Ze względu na działanie sił napięcia powierzchniowego w kropelkach cieczy i wewnątrz bańki mydlane występuje nadciśnienie Δ P. Jeśli mentalnie odetniemy kulistą kroplę o promieniu R na dwie połowy, to każda z nich musi być w równowadze pod działaniem sił napięcia powierzchniowego przyłożonych do granicy cięcia o długości 2π R oraz siły nadciśnienia działające na obszar π R 2 sekcje (ryc. 3.5.4). Warunek równowagi zapisuje się jako

Jeśli te siły więcej siły oddziaływania między cząsteczkami samej cieczy, a następnie cieczy mokre powierzchnia ciała stałego. W tym przypadku ciecz zbliża się do powierzchni ciała stałego pod pewnymi kąt ostryθ, charakterystyczne dla danej pary ciecz - ciało stałe. Nazywa się kąt θ kąt zwilżania . Jeżeli siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy przewyższają siły ich oddziaływania z cząsteczkami ciała stałego, to kąt zwilżania θ okazuje się rozwarty (ryc. 3.5.5). W tym przypadku mówi się, że płyn nie nawilża powierzchnia ciała stałego. Na całkowite zwilżenieθ = 0, w całkowity brak zwilżaniaθ = 180°.

zjawiska kapilarne zwany wzrostem lub spadkiem płynu w rurkach o małej średnicy - naczynia włosowate. Płyny zwilżające wznoszą się przez naczynia włosowate, płyny niezwilżające opadają.

na ryc. 3.5.6 przedstawia rurkę kapilarną o określonym promieniu R obniżona dolnym końcem do cieczy zwilżającej o gęstości ρ. Górny koniec kapilary jest otwarty. Podnoszenie się cieczy w kapilarze trwa do momentu, gdy siła grawitacji działająca na słup cieczy w kapilarze zrówna się w wartości bezwzględnej z wypadkową F n siły napięcia powierzchniowego działające wzdłuż granicy kontaktu cieczy z powierzchnią kapilary: F t = F n, gdzie F t = mg = ρ Hπ R 2 G, F n = σ2π R cos θ.

Oznacza to:

Przy całkowitym niezwilżaniu, θ = 180°, cos θ = –1, a zatem H < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Woda prawie całkowicie zwilża czystą szklaną powierzchnię. I odwrotnie, rtęć nie zwilża całkowicie szklanej powierzchni. Dlatego poziom rtęci w szklanej kapilarze spada poniżej poziomu w naczyniu.

24) Parowanie: definicja, rodzaje (parowanie, wrzenie), obliczanie ilości ciepła parowania i skraplania, ciepło właściwe parowania.

Parowanie i kondensacja. Wyjaśnienie zjawiska parowania w oparciu o koncepcje budowy molekularnej materii. Ciepło właściwe parowania. Jej jednostki.

Zjawisko zamieniania się cieczy w parę nazywa się odparowanie.

Odparowanie - proces parowania zachodzący z otwartej powierzchni.

Cząsteczki w cieczy poruszają się z różne prędkości. Jeśli jakakolwiek cząsteczka znajduje się na powierzchni cieczy, może pokonać przyciąganie sąsiednich cząsteczek i wylecieć z cieczy. Uciekające cząsteczki tworzą parę. Prędkości pozostałych cząsteczek cieczy zmieniają się po zderzeniu. W tym przypadku niektóre cząsteczki nabierają prędkości wystarczającej do wylatania z cieczy. Proces ten trwa, więc płyny powoli odparowują.

* Szybkość parowania zależy od rodzaju cieczy. Te ciecze odparowują szybciej, w których cząsteczki są przyciągane z mniejszą siłą.

*Parowanie może wystąpić w dowolnej temperaturze. Ale w wysokie temperatury parowanie jest szybsze .

* Szybkość parowania zależy od jego powierzchni.

*W przypadku wiatru (przepływu powietrza) parowanie następuje szybciej.

Podczas parowania energia wewnętrzna maleje, ponieważ. gdy ciecz odparowuje, szybkie cząsteczki opuszczają zatem Średnia prędkość inne cząsteczki zmniejszają się. Oznacza to, że jeśli nie ma dopływu energii z zewnątrz, to temperatura cieczy spada.

Zjawisko przemiany pary w ciecz nazywa się kondensacja. Towarzyszy temu uwolnienie energii.

Kondensacja pary wyjaśnia powstawanie chmur. Para wodna unosząca się nad ziemią tworzy chmury w górnych zimnych warstwach powietrza, które składają się z maleńkich kropelek wody.

Ciepło właściwe parowania - fizyczne. wielkość wskazująca, ile ciepła potrzeba, aby ciecz o masie 1 kg zamienić w parę bez zmiany temperatury.

oud. ciepło parowania oznaczony literą L i mierzony w J / kg

oud. ciepło parowania wody: L=2,3×10 6 J/kg, alkohol L=0,9×10 6

Ilość ciepła potrzebna do przekształcenia cieczy w parę: Q = Lm

WYMIANA CIEPŁA.

1. Przenikanie ciepła.

Wymiana ciepła lub przenoszenie ciepła to proces przenoszenia energii wewnętrznej jednego ciała do drugiego bez wykonywania pracy.

Istnieją trzy rodzaje wymiany ciepła.

1) Przewodność cieplna jest wymianą ciepła między ciałami w bezpośrednim kontakcie.

2) Konwekcja jest przenoszeniem ciepła, w którym ciepło jest przenoszone przez przepływ gazu lub cieczy.

3) Promieniowanie jest przenoszenie ciepła za pomocą promieniowania elektromagnetycznego.

2. Ilość ciepła.

Ilość ciepła jest miarą zmiany energii wewnętrznej ciała podczas wymiany ciepła. Oznaczone literą Q.

Jednostka miary ilości ciepła = 1 J.

Ilość ciepła otrzymanego przez jedno ciało od innego ciała w wyniku wymiany ciepła może zostać zużyta na podwyższenie temperatury (zwiększenie energii kinetycznej cząsteczek) lub na zmianę stanu skupienia (zwiększenie energii potencjalnej).

3. Ciepło właściwe substancji.

Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała o masie m od temperatury T 1 do temperatury T 2 jest proporcjonalna do masy ciała m i różnicy temperatur (T 2 - T 1), tj.

Q = cm(T 2 - T 1 ) = zMΔ T,

Z nazywa się pojemnością cieplną właściwą substancji ogrzanego ciała.

Ciepło właściwe substancji jest równe ilości ciepła, które należy przekazać 1 kg substancji, aby ogrzać ją o 1 K.

Jednostka ciepła właściwego =.

Wartości pojemności cieplnej różnych substancji można znaleźć w tabelach fizycznych.

Dokładnie taka sama ilość ciepła Q zostanie uwolniona, gdy ciało ochłodzi się o ΔT.

4. Ciepło właściwe parowania.

Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła potrzebna do przekształcenia cieczy w parę jest proporcjonalna do masy cieczy, tj.

Q = lm,

gdzie jest współczynnikiem proporcjonalności Ł nazywamy ciepłem właściwym parowania.

Ciepło właściwe parowania jest równe ilości ciepła potrzebnej do przekształcenia 1 kg cieczy w punkcie wrzenia w parę.

Jednostka miary ciepła właściwego parowania.

W procesie odwrotnym, skraplaniu pary, uwalniane jest ciepło w takiej samej ilości, jaka została wydana na odparowanie.

5. Ciepło właściwe topnienia.

Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła wymagana do przemiany ciało stałe do cieczy, proporcjonalnie do masy ciała, tj.

Q = λ M,

gdzie współczynnik proporcjonalności λ nazywany jest ciepłem właściwym topnienia.

Ciepło właściwe topnienia jest równe ilości ciepła potrzebnej do przekształcenia ciała stałego o masie 1 kg w ciecz w temperaturze topnienia.

Jednostka miary ciepła właściwego topnienia.

W procesie odwrotnym, krystalizacji cieczy, ciepło jest uwalniane w takiej samej ilości, jaka została zużyta na topienie.

6. Ciepło właściwe spalania.

Z doświadczenia wynika, że ​​ilość ciepła uwalnianego podczas całkowitego spalania paliwa jest proporcjonalna do masy paliwa, tj.

Q = QM,

Gdzie współczynnik proporcjonalności q nazywa się ciepłem właściwym spalania.

Ciepło właściwe spalania jest równe ilości ciepła wydzielanego podczas całkowitego spalania 1 kg paliwa.

Jednostka miary ciepła właściwego spalania.

7. Równanie bilansu cieplnego.

W wymianie ciepła biorą udział dwa lub więcej ciał. Niektóre ciała oddają ciepło, inne je odbierają. Wymiana ciepła zachodzi do momentu wyrównania się temperatur ciał. Zgodnie z zasadą zachowania energii ilość oddanego ciepła jest równa ilości otrzymanego ciepła. Na tej podstawie pisane jest równanie bilansu cieplnego.

Rozważ przykład.

Ciało o masie m 1 , którego pojemność cieplna wynosi c 1 , ma temperaturę T 1 , a ciało o masie m 2 , którego pojemność cieplna wynosi c 2 , ma temperaturę T 2 . Co więcej, T1 jest większe niż T2. Te ciała są w kontakcie. Doświadczenie pokazuje, że zimne ciało (m2) zaczyna się nagrzewać, a gorące ciało (m1) zaczyna się ochładzać. Sugeruje to, że część energii wewnętrznej gorącego ciała jest przenoszona na zimne, a temperatury wyrównują się. Oznaczmy końcową temperaturę całkowitą przez θ.

Ilość ciepła przenoszona z ciała gorącego do zimnego

Q przeniesiony. = C 1 M 1 (T 1 – θ )

Ilość ciepła odebrana przez ciało zimne od ciała gorącego

Q otrzymane. = C 2 M 2 (θ – T 2 )

Zgodnie z prawem zachowania energii Q przeniesiony. = Q otrzymane., tj.

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

Otwórzmy nawiasy i wyraźmy wartość całkowitej temperatury stanu ustalonego θ.

Wartość temperatury θ w tym przypadku otrzymamy w kelwinach.

Ponieważ jednak w wyrażeniach na Q minął. i otrzymano Q. jeśli istnieje różnica między dwiema temperaturami i jest taka sama zarówno w kelwinach, jak i stopniach Celsjusza, wówczas obliczenia można przeprowadzić w stopniach Celsjusza. Następnie

W tym przypadku wartość temperatury θ otrzymamy w stopniach Celsjusza.

Wyrównanie temperatur w wyniku przewodzenia ciepła można wyjaśnić na podstawie molekularnej teorii kinetyki jako wymianę energii kinetycznej między cząsteczkami podczas zderzenia w procesie termicznego ruchu chaotycznego.

Przykład ten można zilustrować wykresem.