Змінити внутрішню енергію газу в циліндрі можна не тільки здійснюючи роботу, але й нагріваючи газ (рис. 43). Якщо закріпити поршень, то обсяг газу не змінюватиметься, але температура, а отже, і внутрішня енергія зростатимуть.
Процес передачі енергії від одного тіла до іншого без виконання роботи називають теплообміном або теплопередачею.

Енергію, передану тілу внаслідок теплообміну, називають кількістю теплоти.Кількість теплоти називають також енергію, яку тіло віддає в процесі теплообміну.

Молекулярна картина теплообміну.При теплообміні на кордоні між тілами відбувається взаємодія молекул холодного тіла, що повільно рухаються, з більш швидко рухомими молекулами гарячого тіла. В результаті кінетичні енергії молекул вирівнюються та швидкості молекул холодного тіла збільшуються, а гарячого зменшуються.

При теплообміні не відбувається перетворення енергії з однієї форми на іншу: частина внутрішньої енергіїгарячого тіла передається холодному тілу.

Кількість теплоти та теплоємність.З курсу фізики VII класу відомо, що для нагрівання тіла масою m від температури t 1 до температури t 2 необхідно повідомити кількість теплоти

Q = cm (t2 - t1) = cmΔt. (4.5)

При охолодженні тіла його одвічна температура t 2 менша від початкової t 1 і кількість теплоти, що віддається тілом, негативно.
Коефіцієнт c у формулі (4.5) називають питомою теплоємністю . Питома теплоємність – це кількість теплоти, що одержує чи віддає 1 кг речовини за зміни її температури на 1 До.

Питому теплоємність виражають у джоулях, поділених на кілограм, помножений на кельвін. Різним тілампотрібна неоднакова кількість енергії для підвищення температури на 1 К. Так, питома теплоємність води 4190 Дж/(кг К), а міді 380 Дж/(кг К).

Питома теплоємність залежить тільки від властивостей речовини, а й від цього, у якому процесі здійснюється теплопередача. Якщо нагрівати газ при постійному тиску, то він розширюватиметься і виконуватиме роботу. Для нагрівання газу на 1°C при постійному тиску йому потрібно буде передати більшу кількість теплоти, ніж нагрівання при постійному обсязі.

Рідкі та тверді тіла розширюються при нагріванні незначно, та їх питомі теплоємності при постійному обсязі та постійному тиску мало різняться.

Питома теплота пароутворення.Для перетворення рідини на пару необхідна передача їй певної кількості теплоти. Температура рідини при цьому перетворенні не змінюється. Перетворення рідини на пару при постійній температурі не веде до збільшення кінетичної енергії молекул, але супроводжується збільшенням їхньої потенційної енергії. Адже середня відстань між молекулами газу в багато разів більша, ніж між молекулами рідини. Крім того, збільшення обсягу при переході речовини з рідкого стану в газоподібний вимагає здійснення роботи проти сил зовнішнього тиску.

Кількість теплоти, необхідне для перетворення при настояній температурі 1 кг рідини на пару, називають питомою теплотоюпароутворення. Позначають цю величину буквою r і виражають у джоулях на кілограм.

Дуже велика питома теплота пароутворення води: 2256 · 10 6 Дж/кг при температурі 100°C. В інших рідин (спирт, ефір, ртуть, гас та ін) питома теплота пароутворення менша в 3-10 разів.

Для перетворення на пару рідини масою m потрібна кількість теплоти, що дорівнює:

При конденсації пари відбувається виділення такої ж кількості теплоти

Q k = -rm. (4.7)

Питома теплота плавлення.При плавленні кристалічного тіла вся теплота, що підводиться до нього, йде на збільшення потенційної енергії молекул. Кінетична енергія молекул не змінюється, тому що плавлення відбувається за постійної температури.

Кількість теплоти λ (лямбда), необхідне перетворення 1 кг кристалічної речовинипри температурі плавлення в рідину тієї ж температури називають питомою теплотою плавлення.

При кристалізації 1 кг речовини виділяється така сама кількість теплоти. Питома теплота плавлення льоду досить велика: 3,4 · 105 Дж/кг.

Для того щоб розплавити кристалічне тіло масою m, необхідна кількість теплоти, що дорівнює:

Q пл = λm. (4.8)

Кількість теплоти, що виділяється при кристалізації тіла, дорівнює:

Q кр = - λm. (4.9)

1. Що називають кількістю теплоти? 2. Від чого залежить питома теплоємність речовин? 3. Що називають питомою теплотою пароутворення? 4. Що називають питомою теплотою плавлення? 5. У яких випадках кількість переданої теплоти є негативною?

У цьому уроці ми навчимося розраховувати кількість теплоти, необхідну для нагрівання тіла або виділене ним при охолодженні. Для цього ми узагальнимо ті знання, які були отримані на попередніх уроках.

Крім того, ми навчимося за допомогою формули для кількості теплоти виражати інші величини цієї формули і розраховувати їх, знаючи інші величини. Також буде розглянуто приклад задачі із рішенням на обчислення кількості теплоти.

Даний урок присвячений обчисленню кількості теплоти при нагріванні тіла або виділеного ним при охолодженні.

Вміння обчислювати необхідна кількістьтеплоти є дуже важливим. Це може знадобитися, наприклад, при обчисленні кількості теплоти, яку потрібно повідомити воді для обігріву приміщення.

Мал. 1. Кількість теплоти, яку необхідно повідомити воді для обігріву приміщення

Або для обчислення кількості теплоти, що виділяється при спалюванні палива у різних двигунах:

Мал. 2. Кількість теплоти, що виділяється при спалюванні палива у двигуні

Також ці знання потрібні, наприклад, щоб визначити кількість теплоти, що виділяється Сонцем та потрапляє на Землю:

Мал. 3. Кількість теплоти, що виділяється Сонцем і потрапляє на Землю

Для обчислення кількості теплоти необхідно знати три речі (рис. 4):

• масу тіла (яку, як правило, можна виміряти за допомогою ваг);
• різницю температур, яку необхідно нагріти тіло чи охолодити його (зазвичай вимірюється з допомогою термометра);
• питому теплоємність тіла (яку можна визначити за таблицею).

Мал. 4. Що потрібно знати для визначення

Формула, за якою обчислюється кількість теплоти, виглядає так:

У цій формулі фігурують такі величини:

Кількість теплоти, що вимірюється в джоулях (Дж);

Питома теплоємність речовини, що вимірюється в ;

- різниця температур, що вимірюється в градусах Цельсія ().

Розглянемо завдання обчислення кількості теплоти.

Завдання

У мідній склянці масою грам знаходиться вода об'ємом літра при температурі. Яку кількість теплоти необхідно передати склянці з водою, щоб її температура дорівнювала ?

Мал. 5. Ілюстрація умови завдання

Спочатку запишемо коротку умову ( Дано) і переведемо всі величини до системи інтернаціонал (СІ).

Дано:	СІ
Знайти:

Рішення:

Спочатку визнач, які ще величини будуть потрібні нам для вирішення цього завдання. За таблицею питомої теплоємності (табл. 1) знаходимо (питома теплоємність міді, оскільки за умовою склянка мідна), (питома теплоємність води, оскільки за умовою у склянці знаходиться вода). Крім того, знаємо, що для обчислення кількості теплоти нам знадобиться маса води. За умовою нам дано лише обсяг. Тому з таблиці візьмемо густину води: (табл. 2).

Табл. 1. Питома теплоємність деяких речовин,

Табл. 2. Щільності деяких рідин

Тепер у нас є все необхідне для вирішення цього завдання.

Зауважимо, що підсумкова кількість теплоти складатиметься із суми кількості теплоти, необхідної для нагрівання мідної склянки та кількості теплоти, необхідної для нагрівання води в ньому:

Розрахуємо спочатку кількість теплоти, необхідну для нагрівання мідної склянки:

Перш ніж обчислити кількість теплоти, необхідну для нагрівання води, розрахуємо масу води за формулою, яка добре знайома нам з 7 класу:

Тепер можемо обчислити:

Тоді можемо обчислити:

Нагадаємо, що означає: кілоджоулі. Приставка «кіло» означає , тобто .

Відповідь:.

Для зручності розв'язання задач на знаходження кількості теплоти (так звані прямі завдання) та пов'язаних з цим поняттям величин можна користуватися наступною таблицею.

Шукана величина	Позначення	Одиниці виміру	Основна формула	Формула для величини
Кількість теплоти

Внутрішня енергія тіла змінюється під час роботи чи теплопередачі. При явищі теплопередачі внутрішня енергія передається теплопровідністю, конвекцією чи випромінюванням.

Кожне тіло при нагріванні чи охолодженні (при теплопередачі) отримує чи втрачає якусь кількість енергії. Виходячи з цього, прийнято цю кількість енергії назвати кількістю теплоти.

Отже, кількість теплоти - це енергія, яку віддає чи отримує тіло у процесі теплопередачі.

Яка кількість теплоти потрібна для нагрівання води? на простому прикладіможна зрозуміти, що для нагрівання різної кількості води потрібно різна кількістьтеплоти. Припустимо, візьмемо дві пробірки з 1 літром води та з 2-ма літрами води. У якому разі буде потрібна більша кількість теплоти? У другому, там, де у пробірці 2 літри води. Друга пробірка нагріватиметься довше, якщо ми підігріваємо їх однаковим джерелом вогню.

Таким чином кількість теплоти залежить від маси тіла. Чим більша маса, тим більше теплоти потрібно для нагрівання і, відповідно, на охолодження тіла потрібно більше часу.

Від чого залежить кількість теплоти? Звичайно, від різниці температур тіл. Але це ще не все. Адже якщо ми спробуємо нагріти воду чи молоко, то нам знадобиться різна кількість часу. Тобто виходить, що кількість теплоти залежить від речовини, з якої складається тіло.

У результаті виходить, що кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання або кількість теплоти, що виділяється при охолодженні тіла, залежить від його маси, від зміни температури і від виду речовини, з якої складається тіло.

У чому вимірюється кількість теплоти

За одиницю кількості теплотиприйнято вважати 1 Джоуль. До появи одиниці виміру енергії вчені вважали кількість теплоти калоріями. Скорочено цю одиницю виміру прийнято писати – “Дж”

Калорія- це кількість теплоти, яка потрібна для того, щоб нагріти 1 грам води на 1 градус Цельсія. Скорочено одиницю виміру калорії прийнято писати - "кал".

1 кал = 4,19 Дж.

Зверніть увагу, що у цих одиницях енергії прийнято відзначати харчову цінністьпродуктів харчування кдж і ккал.

1 ккал = 1000 кал.

1 кДж = 1000 Дж

1 ккал = 4190 Дж = 4,19 кДж

Що таке питома теплоємність

Кожна речовина у природі має властивості, й у нагрівання кожної окремої речовини потрібно різну кількість енергії, тобто. кількості теплоти.

Питома теплоємність речовини- це величина, яка дорівнює кількості теплоти, яку потрібно передати тілу з масою 1 кілограм, щоб нагріти його на температуру 1 0 C

Питома теплоємність позначається буквою c і має величину виміру Дж/кг*

Наприклад, питома теплоємність води дорівнює 4200 Дж/кг* 0 C. Тобто це кількість теплоти, яку потрібно передати 1 кг води, щоб нагріти її на 1 0 C

Слід пам'ятати, що питома теплоємність речовин у різних агрегатних станах є різною. Тобто для нагрівання льоду на 1 0 C потрібна інша кількість теплоти.

Як розрахувати кількість теплоти для нагрівання тіла

Наприклад, необхідно розрахувати кількість теплоти, яку потрібно витратити для того, щоб нагріти 3 кг води з температури 15 0 До температури 85 0 С. Нам відома питома теплоємність води, тобто кількість енергії, яка потрібна для того, щоб нагріти 1 кг води на 1 градус. Тобто для того, щоб дізнатися кількість теплоти в нашому випадку, потрібно помножити питому теплоємність води на 3 і на кількість градусів, на яку потрібно збільшити температури води. Отже, це 4200 * 3 * (85-15) = 882 000.

У дужках ми розраховуємо точну кількість градусів, забираючи від кінцевого необхідного результату початкове

Отже, щоб нагріти 3 кг води з 15 до 85 0 З, нам знадобиться 882 000 Дж кількості теплоти.

Кількість теплоти позначається буквою Q, формула для його розрахунку виглядає так:

Q = c * m * (t 2 -t 1).

Розбір та вирішення завдань

Завдання 1. Яка кількість теплоти знадобиться для нагрівання 0,5 кг води з 20 до 50 0 С

Дано:

m = 0,5 кг.

з = 4200 Дж/кг* 0,

t 1 = 20 0 С,

t 2 = 500С.

Величину питомої теплоємності ми визначили з таблиці.

Рішення:

2 -t 1).

Підставляємо значення:

Q = 4200 * 0,5 * (50-20) = 63 000 Дж = 63 кДж.

Відповідь: Q = 63 кДж.

Завдання 2.Яка кількість теплоти буде потрібна для нагрівання алюмінієвого бруска масою 0,5 кг на 85 0 С?

Дано:

m = 0,5 кг.

з = 920 Дж/кг* 0,

t 1 = 0 0 С,

t 2 = 850С.

Рішення:

кількість теплоти визначається за формулою Q = c * m * (t 2 -t 1).

Підставляємо значення:

Q = 920 * 0,5 * (85-0) = 39100 Дж = 39,1 кДж.

Відповідь: Q = 39,1 кДж.

Теплоємність- Це кількість теплоти, що поглинається тілом при нагріванні на 1 градус.

Теплоємність тіла позначається великою латинською літерою З.

Від чого залежить теплоємність тіла? Насамперед, від його маси. Зрозуміло, що для нагрівання, наприклад, 1 кілограм води потрібно більше тепла, ніж для нагрівання 200 грамів.

А від роду речовини? Зробимо досвід. Візьмемо дві однакові судини і, наливши в одну з них воду масою 400 г, а в іншій - рослинна оліямасою 400 г, почнемо їх нагрівати за допомогою однакових пальників. Спостерігаючи за показаннями термометрів, ми побачимо, що олія нагрівається швидке. Щоб нагріти воду та олію до однієї і тієї ж температури, воду слід нагрівати довше. Але чим довше ми нагріваємо воду, тим більше теплоти вона отримує від пальника.

Таким чином, для нагрівання однієї і тієї ж маси різних речовин до однакової температури потрібна різна кількість теплоти. Кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла і, отже, його теплоємність залежить від роду речовини, з якого складається це тіло.

Так, наприклад, щоб збільшити на 1°С температуру води масою 1 кг, потрібна кількість теплоти, що дорівнює 4200 Дж, а для нагрівання на 1°С такої ж маси соняшникової оліїнеобхідна кількість теплоти, що дорівнює 1700 Дж.

Фізична величина, Що показує, скільки теплоти потрібно для нагрівання 1 кг речовини на 1 ºС, називається питомою теплоємністюцієї речовини.

У кожної речовини своя питома теплоємність, яка позначається латинською літерою с і вимірюється в джоулях на кілограм-градус (Дж/(кг · ° С)).

Питома теплоємність однієї й тієї ж речовини в різних агрегатних станах (твердому, рідкому та газоподібному) різна. Наприклад, питома теплоємність води дорівнює 4200 Дж/(кг · ºС), а питома теплоємність льоду 2100 Дж/(кг · °С); алюміній у твердому стані має питому теплоємність, що дорівнює 920 Дж/(кг - °С), а в рідкому - 1080 Дж/(кг - °С).

Зауважимо, що вода має дуже велику питому теплоємність. Тому вода в морях та океанах, нагріваючись влітку, поглинає з повітря велика кількістьтепла. Завдяки цьому у тих місцях, які розташовані поблизу великих водоймЛіто не буває таким спекотним, як у місцях, віддалених від води.

Розрахунок кількості теплоти, необхідної для нагрівання тіла або виділеного ним при охолодженні.

З вищевикладеного ясно, що кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла, залежить від роду речовини, з якого складається тіло (тобто його питомої теплоємності), і зажадав від маси тіла. Зрозуміло також, що кількість теплоти залежить від того, скільки градусів ми збираємося збільшити температуру тіла.

Отже, щоб визначити кількість теплоти, необхідну для нагрівання тіла або виділене ним при охолодженні, потрібно питому теплоємність тіла помножити на його масу і на різницю між кінцевою і початковою температурами:

Q= cm (t 2 -t 1),

де Q- кількість теплоти, c- питома теплоємність, m- маса тіла, t 1- Початкова температура, t 2- Кінцева температура.

При нагріванні тіла t 2> t 1і, отже, Q >0 . При охолодженні тіла t 2і< t 1і, отже, Q< 0 .

Якщо відома теплоємність всього тіла З, Qвизначається за формулою: Q = C (t 2 - t 1).

22) Плавання: визначення, розрахунок кількості теплоти на плавлення чи затвердіння, питома теплота плавлення, графік залежності t 0 (Q).

Термодинаміка

Розділ молекулярної фізики, що вивчає передачу енергії, закономірності перетворення одних видів енергії на інші. На відміну від молекулярно-кінетичної теорії, у термодинаміці не враховується внутрішня будоваречовин та мікропараметри.

Термодинамічна система

Це сукупність тіл, які обмінюються енергією (у формі роботи або теплоти) один з одним або з довкіллям. Наприклад, вода в чайнику остигає, відбувається обмін теплотою води з чайником та чайника з навколишнім середовищем. Циліндр з газом під поршнем: поршень виконує роботу, внаслідок чого газ отримує енергію, і змінюються його макропараметри.

Кількість теплоти

Це енергія, що отримує або віддає система в процесі теплообміну. Позначається символом Q, вимірюється, як і будь-яка енергія, в Джоулях.

Внаслідок різних процесів теплообміну енергія, що передається, визначається по-своєму.

Нагрівання та охолодження

Цей процес характеризується зміною температури системи. Кількість теплоти визначається за формулою

Питома теплоємність речовини звимірюється кількістю теплоти, яка необхідна для нагрівання одиниці масицієї речовини на 1К. Для нагрівання 1 кг скла або 1 кг води потрібно різна кількістьенергії. Питома теплоємність - відома, вже обчислена всім речовин величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Теплоємність речовини С- це кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання тіла без урахування його маси на 1К.

Плавлення та кристалізація

Плавлення - перехід речовини з твердого стану рідке. Зворотний перехід називається кристалізацією.

Енергія, що витрачається на руйнування кристалічних ґратречовини, що визначається за формулою

Питома теплота плавлення відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Пароутворення (випар або кипіння) та конденсація

Пароутворення - це перехід речовини з рідкого (твердого) стану газоподібне. Зворотний процесназивається конденсацією.

Питома теплота пароутворення відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Горіння

Кількість теплоти, що виділяється при згорянні речовини

Питома теплота згоряння відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Для замкнутої та адіабатично ізольованої системи тіл виконується рівняння теплового балансу. Алгебраїчна сума кількостей теплоти, відданих та отриманих усіма тілами, що беруть участь у теплообміні, дорівнює нулю:

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

23) Будова рідин. Поверхневий шар. Сила поверхневого натягу: приклади прояву, розрахунок, коефіцієнт поверхневого натягу.

Іноді будь-яка молекула може переміститися у сусіднє вакантне місце. Такі перескоки у рідинах відбуваються досить часто; тому молекули не прив'язані до певних центрів, як у кристалах, і можуть переміщатися по всьому об'єму рідини. Цим пояснюється плинність рідин. Через сильну взаємодію між близько розташованими молекулами вони можуть утворювати локальні (нестійкі) упорядковані групи, що містять декілька молекул. Це явище називається ближнім порядком(Рис. 3.5.1).

Коефіцієнт β називають температурним коефіцієнтомоб'ємного розширення . Цей коефіцієнт у рідин у десятки разів більший, ніж у твердих тіл. У води, наприклад, при температурі 20 °С ? - 1 .

Теплове розширення води має цікаву та важливу для життя на Землі аномалію. За температури нижче 4 °С вода розширюється при зниженні температури (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

При замерзанні вода розширюється, тому лід залишається плавати на поверхні замерзаючої водойми. Температура води, що замерзає, під льодом дорівнює 0 °С. У більш щільних шарах води біля дна водоймища температура виявляється близько 4 °С. Завдяки цьому життя може існувати у воді водойм, що замерзають.

Найбільш цікавою особливістюрідин є наявність вільної поверхні . Рідина, на відміну від газів, не заповнює весь обсяг посудини, в яку вона налита. Між рідиною та газом (або парою) утворюється межа розділу, яка знаходиться в особливих умовахСлід мати на увазі, що внаслідок вкрай низької стисливості наявність більш щільно упакованого поверхневого шару не призводить до скільки-небудь помітної зміни об'єму рідини. Якщо молекула переміститься із поверхні всередину рідини, сили міжмолекулярної взаємодії зроблять позитивну роботу. Навпаки, щоб витягнути деяку кількість молекул із глибини рідини на поверхню (тобто збільшити площу поверхні рідини), зовнішні сили повинні здійснити позитивну роботу Δ Aзовніш, пропорційну зміні Δ Sплощі поверхні:

З механіки відомо, що рівноважним станам системи відповідає мінімальне значенняїї потенційної енергії. Звідси випливає, що вільна поверхня рідини прагне скоротити свою площу. З цієї причини вільна крапля рідини набуває кулястої форми. Рідина поводиться так, ніби по дотичній до її поверхні діють сили, що скорочують (стягують) цю поверхню. Ці сили називаються силами поверхневого натягу .

Наявність сил поверхневого натягу робить поверхню рідини схожою на пружну розтягнуту плівку, з тією різницею, що пружні сили в плівці залежать від площі її поверхні (тобто від того, як плівка деформована), а сили поверхневого натягу не залежатьвід площі поверхні рідини.

Деякі рідини, як, наприклад, мильна вода, мають здатність утворювати тонкі плівки. Всім добре відомі мильні бульбашки мають правильну сферичну форму - у цьому також проявляється дія сил поверхневого натягу. Якщо мильний розчин опустити дротяну рамку, одна зі сторін якої рухома, то вся вона затягнеться плівкою рідини (рис. 3.5.3).

Сили поверхневого натягу прагнуть скоротити поверхню плівки. Для рівноваги рухомої сторони рамки до неї слід докласти зовнішню силуЯкщо під дією сили поперечина переміститься на Δ x, то буде проведена робота Δ Aвн = Fвн Δ x = Δ E p = σΔ S, де Δ S = 2LΔ x- Збільшення площі поверхні обох сторін мильної плівки. Оскільки модулі сил і однакові, можна записати:

Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу σ може бути визначений як модуль сили поверхневого натягу, що діє на одиницю довжини лінії, що обмежує поверхню.

Через дії сил поверхневого натягу в краплях рідини та всередині мильних бульбашоквиникає надлишковий тиск Δ p. Якщо подумки розрізати сферичну краплю радіусу Rна дві половинки, кожна з них повинна перебувати в рівновазі під дією сил поверхневого натягу, прикладених до межі розрізу довжиною 2π Rі сил надлишкового тиску, що діють на площу R 2 перерізи (рис. 3.5.4). Умова рівноваги записується як

Якщо ці сили більше силвзаємодії між молекулами самої рідини, то рідина змочуєПоверхня твердого тіла. У цьому випадку рідина підходить до поверхні твердого тіла під деяким гострим кутомθ, характерним для цієї пари рідина – тверде тіло. Кут θ називається крайовим кутом . Якщо сили взаємодії між молекулами рідини перевершують сили їхньої взаємодії з молекулами твердого тіла, то крайовий кут θ виявляється тупим (рис. 3.5.5). У цьому випадку кажуть, що рідина не змочуєПоверхня твердого тіла. При повному змочуванніθ = 0, при повному незмочуванніθ = 180 °.

Капілярними явищаминазивають підйом чи опускання рідини в трубках малого діаметра – капілярах. Змочують рідини піднімаються по капілярах, незмочують - опускаються.

На рис. 3.5.6 зображено капілярну трубку деякого радіусу r, опущена нижнім кінцем у змочуючу рідину щільності ρ. Верхній кінець капіляра відкрито. Підйом рідини в капілярі триває до тих пір, поки сила тяжіння, що діє на стовп рідини в капілярі, не стане рівною по модулю результуючої. Fн сил поверхневого натягу, що діють уздовж межі зіткнення рідини з поверхнею капіляра: Fт = Fн, де Fт = mg = ρ hπ r 2 g, Fн = σ2π r cos θ.

Звідси випливає:

При повному незмочуванні θ = 180 °, cos θ = -1 і, отже, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Вода майже повністю змочує чисту поверхню скла. Навпаки, ртуть не змочує скляну поверхню. Тому рівень ртуті у скляному капілярі опускається нижче рівня судини.

24) Пароутворення: визначення, види (випаровування, кипіння), розрахунок кількості теплоти на пароутворення та конденсацію, питома теплота пароутворення.

Випаровування та конденсація. Пояснення явища випаровування на основі уявлень про молекулярну будову речовини. Питома теплота пароутворення. Її одиниці.

Явище перетворення рідини на пару називається пароутворенням.

Випаровування -процес пароутворення, що відбувається з відкритої поверхні.

Молекули рідини рухаються з різними швидкостями. Якщо якась молекула опиниться біля поверхні рідини, вона може подолати тяжіння сусідніх молекул і вилетіти з рідини. молекули, Що Вилетіли, утворюють пару. У молекул рідини, що залишилися, при зіткненні змінюються швидкості. Деякі молекули при цьому набувають швидкості, достатньої для того, щоб вилетіти з рідини. Цей процес продовжується, тому рідини випаровуються повільно.

*Швидкість випаровування залежить від роду рідини. Швидше випаровуються ті рідини, у яких молекул притягуються з меншою силою.

*Випар може відбуватися за будь-якої температури. Але при високих температурахвипаровування відбувається швидше .

*Швидкість випаровування залежить від площі її поверхні.

*При вітрі (потоку повітря) випаровування відбувається швидше.

При випаровуванні внутрішня енергія зменшується, т.к. при випаровуванні рідина залишають швидкі молекули, отже, Середня швидкістьінших молекул зменшується. Значить, якщо немає припливу енергії ззовні, то температура рідини зменшується.

Явище перетворення пари на рідину називається конденсацією. Вона супроводжується виділенням енергії.

Конденсацією пари пояснюється утворення хмар. Пари води, що піднімаються над землею, утворюють у верхніх холодних шарах повітря хмари, які складаються з найдрібніших крапель води.

Питома теплота пароутворення - Фіз. величина, що показує яку кількість теплоти необхідно, щоб звернути рідину масою 1 кг у пару без зміни температури.

Уд. теплоту пароутворення позначають буквою L і вимірюється Дж/кг

Уд. теплоту пароутворення води: L=2,3×10 6 Дж/кг, спирт L=0,9×10 6

Кількість теплоти, необхідне перетворення рідини на пару: Q = Lm

ТЕПЛООБМІН.

1.Теплообмін.

Теплообмін або теплопередача– це процес передачі внутрішньої енергії одного тіла іншому без виконання роботи.

Існують три види теплообміну.

1) Теплопровідність- Це теплообмін між тілами при їх безпосередньому контакті.

2) Конвекція– це теплообмін, у якому перенесення тепла здійснюється потоками газу чи рідини.

3) Випромінювання- Це теплообмін за допомогою електромагнітного випромінювання.

2.Кількість теплоти.

Кількість теплоти – це міра зміни внутрішньої енергії тіла під час теплообміну. Позначається буквою Q.

Одиниця виміру кількості теплоти = 1 Дж.

Кількість теплоти, отримане тілом від іншого тіла в результаті теплообміну, може витрачатися на збільшення температури (збільшення кінетичної енергії молекул) або зміна агрегатного стану (збільшення потенційної енергії).

3.Питома теплоємність речовини.

Досвід показує, що кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла масою m від температури Т 1 до температури Т 2 пропорційно масі тіла m і різниці температур (Т 2 – Т 1), тобто.

Q = cm(Т 2 - Т 1 ) = сmΔ Т,

зназивається питомою теплоємністю речовини тіла, що нагрівається.

Питома теплоємність речовини дорівнює кількості теплоту, яку необхідно повідомити 1 кг речовини, щоб нагріти її на 1 К.

Одиниця виміру питомої теплоємності =.

Значення теплоємності різних речовин можна знайти у фізичних таблицях.

Така сама кількість теплоти Q виділятиметься при охолодженні тіла на ΔТ.

4.Питома теплота пароутворення.

Досвід показує, що кількість теплоти, необхідне перетворення рідини на пару, пропорційно масі рідини, тобто.

Q = Lm,

де коефіцієнт пропорційності Lназивається питомою теплотою пароутворення.

Питома теплота пароутворення дорівнює кількості теплоти, яка необхідна для перетворення на пару 1 кг рідини, що знаходиться при температурі кипіння.

Одиниця виміру питомої теплоти пароутворення.

При зворотному процесі конденсації пари теплота виділяється в тій же кількості, яка витрачена на пароутворення.

5.Питома теплота плавлення.

Досвід показує, що кількість теплоти, необхідна для перетворення твердого тіларідина, пропорційно масі тіла, тобто.

Q = λ m,

де коефіцієнт пропорційності називається питомою теплотою плавлення.

Питома теплота плавлення дорівнює кількості теплоти, яка необхідна для перетворення на рідину твердого тіла масою 1 кг при температурі плавлення.

Одиниця виміру питомої теплоти плавлення.

При зворотному процесі кристалізації рідини теплота виділяється в тій же кількості, яка витрачена на плавлення.

6.Питома теплота згоряння.

Досвід показує, що кількість теплоти, що виділяється за повного згоряння палива, пропорційно масі палива, тобто.

Q = qm,

Де коефіцієнт пропорційності q називається питомою теплотою згоряння.

Питома теплота згоряння дорівнює кількості теплоти, що виділяється за повного згоряння 1 кг палива.

Одиниця виміру питомої теплоти згоряння.

7.Рівняння теплового балансу.

У теплообміні беруть участь два або більше тіла. Одні тіла віддають теплоту, інші приймають. Теплообмін відбувається до тих пір, поки температури тіл не стануть рівними. За законом збереження енергії, кількість теплоти, що віддається, дорівнює кількості, що приймається. На цій підставі записується рівняння теплового балансу.

Розглянемо приклад.

Тіло масою m 1 , теплоємність якого з 1 має температуру Т 1 , а тіло масою m 2 , теплоємність якого з 2 , має температуру Т 2 . Причому Т 1 більше за Т 2 . Ці тіла наведені у зіткнення. Досвід показує, що холодне тіло (m2) починає нагріватися, а гаряче тіло (m1) – охолоджуватися. Це говорить про те, що частина внутрішньої енергії гарячого тіла передається холодному і температури вирівнюються. Позначимо кінцеву загальну температуру θ.

Кількість теплоти, переданої гарячим тілом холодному

Q переданий. = c 1 m 1 (Т 1 – θ )

Кількість теплоти, одержаної холодним тілом від гарячого

Q отримано. = c 2 m 2 (θ – Т 2 )

За законом збереження енергії Q переданий. = Q отримано., тобто.

c 1 m 1 (Т 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – Т 2 )

Розкриємо дужки і виразимо значення загальної температури θ, що встановилася.

Значення температури θ у разі отримаємо в кельвинах.

Однак, оскільки у виразах для Q передано. і Q отримано. коштує різницю двох температур, а вона і в кельвінах, і в градусах Цельсія однакова, то розрахунок можна вести і в градусах Цельсія. Тоді

У цьому випадку значення температури отримаємо в градусах Цельсія.

Вирівнювання температур у результаті теплопровідності можна пояснити на підставі молекулярно-кінетичної теорії як обмін кінетичною енергією між молекулами під час зіштовхування в процесі теплового хаотичного руху.

Цей приклад можна проілюструвати графіком.