Hogyan állapítható meg a hőmennyiség? A hőmennyiség

(vagy hőátadás).

Egy anyag fajlagos hőkapacitása.

Hőkapacitás a test által elnyelt hőmennyiség 1 fokkal felmelegítve.

A test hőkapacitását nagy latin betű jelzi TÓL TŐL.

Mi határozza meg a test hőkapacitását? Először is a tömegétől. Nyilvánvaló, hogy például 1 kilogramm víz felmelegítéséhez több hőre lesz szükség, mint 200 grammra.

Mi a helyzet az anyag fajtájával? Végezzünk egy kísérletet. Vegyünk két egyforma edényt, és az egyikbe 400 g-os vizet, a másikba pedig 400 g-os növényi olajat öntünk, és elkezdjük melegíteni őket azonos égők segítségével. A hőmérők leolvasásának megfigyelésével látni fogjuk, hogy az olaj gyorsan felmelegszik. A víz és az olaj azonos hőmérsékletű felmelegítéséhez a vizet tovább kell melegíteni. De minél tovább melegítjük a vizet, annál több hőt kap az égőtől.

Így ahhoz, hogy különböző anyagok azonos tömegét azonos hőmérsékletre hevítsük, különböző mennyiségű hőre van szükség. A test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség és ennek következtében a hőkapacitása attól függ, hogy a test milyen anyagból áll.

Így például az 1 kg tömegű víz hőmérsékletének 1 °C-kal történő növeléséhez 4200 J hőmennyiségre van szükség, és ugyanennyi napraforgóolaj 1 °C-os felmelegítéséhez. 1700 J hőerő szükséges.

Azt a fizikai mennyiséget, amely megmutatja, hogy mennyi hő szükséges 1 kg anyag 1 °C-os felmelegítéséhez fajlagos hő ezt az anyagot.

Minden anyagnak megvan a maga fajlagos hőkapacitása, amelyet a latin c betűvel jelölnek, és joule-ban mérik kilogramm-fokon (J / (kg ° C)).

Ugyanazon anyag fajlagos hőkapacitása különböző aggregált halmazállapotokban (szilárd, folyékony és gázhalmazállapotú) eltérő. Például a víz fajlagos hőkapacitása 4200 J/(kg ºС), a jég fajlagos hőkapacitása 2100 J/(kg ºС); az alumínium fajlagos hőkapacitása szilárd állapotban 920 J/(kg - °C), folyékony állapotban 1080 J/(kg - °C).

Vegye figyelembe, hogy a víz nagyon nagy fajlagos hőkapacitású. Ezért a tengerek és óceánok vize, amely nyáron felmelegszik, nagy mennyiségű hőt vesz fel a levegőből. Emiatt a nagy víztestek közelében található helyeken a nyár nem olyan meleg, mint a víztől távol eső helyeken.

A test felmelegítéséhez szükséges vagy általa a hűtés során felszabaduló hőmennyiség kiszámítása.

A fentiekből világosan kitűnik, hogy a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség a testet alkotó anyag típusától (azaz fajlagos hőkapacitásától) és a test tömegétől függ. Az is világos, hogy a hőmennyiség attól függ, hogy hány fokkal emeljük a test hőmérsékletét.

Tehát a test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség meghatározásához meg kell szorozni a test fajhőjét a tömegével, valamint a végső és a kezdeti hőmérséklet különbségével:

K = cm (t 2 - t 1 ) ,

ahol K- hőmennyiség, c a fajlagos hőkapacitás, m- testtömeg, t 1 - kezdeti hőmérséklet, t 2 a végső hőmérséklet.

Amikor a test felmelegszik t 2 > t 1 és innentől K > 0 . Amikor a test lehűlt t 2és< t 1 és innentől K< 0 .

Ha ismert az egész test hőkapacitása TÓL TŐL, K képlet határozza meg:

Q \u003d C (t 2 - t 1 ) .

Hőkapacitás a test által elnyelt hőmennyiség 1 fokkal felmelegítve.

A test hőkapacitását nagy latin betű jelzi TÓL TŐL.

Mi határozza meg a test hőkapacitását? Először is a tömegétől. Nyilvánvaló, hogy például 1 kilogramm víz felmelegítéséhez több hőre lesz szükség, mint 200 grammra.

Mi a helyzet az anyag fajtájával? Végezzünk egy kísérletet. Vegyünk két egyforma edényt, és az egyikbe 400 g-os vizet, a másikba pedig 400 g-os növényi olajat öntünk, és elkezdjük melegíteni őket azonos égők segítségével. A hőmérők leolvasásának megfigyelésével látni fogjuk, hogy az olaj gyorsan felmelegszik. A víz és az olaj azonos hőmérsékletű felmelegítéséhez a vizet tovább kell melegíteni. De minél tovább melegítjük a vizet, annál több hőt kap az égőtől.

Így ahhoz, hogy különböző anyagok azonos tömegét azonos hőmérsékletre hevítsük, különböző mennyiségű hőre van szükség. A test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség és ennek következtében a hőkapacitása attól függ, hogy a test milyen anyagból áll.

Tehát például 1 kg víz hőmérsékletének 1°C-kal történő emeléséhez 4200 J hőmennyiség szükséges, és ugyanennyi napraforgóolaj 1°C-os felmelegítéséhez 1700 hőmennyiség. J szükséges.

Azt a fizikai mennyiséget, amely megmutatja, hogy mennyi hő szükséges 1 kg anyag 1 °C-os felmelegítéséhez fajlagos hő ezt az anyagot.

Minden anyagnak megvan a maga fajlagos hőkapacitása, amelyet a latin c betűvel jelölnek, és joule-ban mérik kilogramm-fokon (J / (kg ° C)).

Ugyanazon anyag fajlagos hőkapacitása különböző aggregált halmazállapotokban (szilárd, folyékony és gázhalmazállapotú) eltérő. Például a víz fajlagos hőkapacitása 4200 J/(kg ºС), a jég fajlagos hőkapacitása 2100 J/(kg ºС); szilárd alumínium fajlagos hőkapacitása 920 J / (kg - ° C), és folyékony állapotban - 1080 J / (kg - ° C).

Vegye figyelembe, hogy a víz nagyon nagy fajlagos hőkapacitású. Ezért a tengerek és óceánok vize, amely nyáron felmelegszik, nagy mennyiségű hőt vesz fel a levegőből. Emiatt a nagy víztestek közelében található helyeken a nyár nem olyan meleg, mint a víztől távol eső helyeken.

A test felmelegítéséhez szükséges vagy általa a hűtés során felszabaduló hőmennyiség kiszámítása.

A fentiekből világosan kitűnik, hogy a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség a testet alkotó anyag típusától (azaz fajlagos hőkapacitásától) és a test tömegétől függ. Az is világos, hogy a hőmennyiség attól függ, hogy hány fokkal emeljük a test hőmérsékletét.

Tehát a test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség meghatározásához meg kell szorozni a test fajhőjét a tömegével, valamint a végső és a kezdeti hőmérséklet különbségével:

K= cm (t 2 - t 1),

ahol K- hőmennyiség, c- fajlagos hőkapacitás, m- testtömeg, t1- kezdeti hőmérséklet, t2- végső hőmérséklet.

Amikor a test felmelegszik t2> t1és innentől K >0 . Amikor a test lehűlt t 2és< t1és innentől K< 0 .

Ha ismert az egész test hőkapacitása TÓL TŐL, K képlet határozza meg: Q \u003d C (t 2 - t1).

22) Olvadás: definíció, olvadási vagy megszilárdulási hőmennyiség számítása, fajolvadási hő, t 0 (Q) grafikonja.

Termodinamika

A molekuláris fizika egyik ága, amely az energiaátvitelt, egyes energiafajták mássá való átalakulásának mintázatait vizsgálja. A molekuláris-kinetikai elmélettel ellentétben a termodinamika nem veszi figyelembe az anyagok és a mikroparaméterek belső szerkezetét.

Termodinamikai rendszer

Ez olyan testek gyűjteménye, amelyek energiát cserélnek (munka vagy hő formájában) egymással vagy a környezettel. Például a teáskannában lévő víz lehűl, megtörténik a víz hőcseréje a teáskannával és a teáskanna a környezettel. Henger gázzal a dugattyú alatt: a dugattyú munkát végez, melynek eredményeként a gáz energiát kap, és a makro paraméterei megváltoznak.

A hőmennyiség

azt energia, amelyet a rendszer a hőcsere során kap vagy ad. Q szimbólummal jelölve, mint minden energiát, Joule-ban mérve.

A különféle hőátadási folyamatok eredményeként az átvitt energia a maga módján meghatározódik.

Fűtés és hűtés

Ezt a folyamatot a rendszer hőmérsékletének változása jellemzi. A hőmennyiséget a képlet határozza meg

Egy anyag fajlagos hőkapacitása a felmelegedéshez szükséges hőmennyiséggel mérve tömegegységek ebből az anyagból 1 ezerrel. 1 kg pohár vagy 1 kg víz felmelegítése eltérő mennyiségű energiát igényel. A fajlagos hőkapacitás egy ismert érték, amelyet minden anyagra már számítottak, lásd az értéket a fizikai táblázatokban.

A C anyag hőkapacitása- ez az a hőmennyiség, amely szükséges a test felmelegítéséhez anélkül, hogy figyelembe vennénk a tömegét 1K-val.

Olvadás és kristályosodás

Az olvadás az anyag átmenete szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba. A fordított átmenetet kristályosodásnak nevezzük.

Az anyag kristályrácsának lebontására fordított energiát a képlet határozza meg

A fajlagos olvadási hő minden anyagnál ismert érték, lásd az értéket a fizikai táblázatokban.

Párolgás (párolgás vagy forralás) és kondenzáció

A párologtatás egy anyag folyékony (szilárd) halmazállapotból gáz halmazállapotba való átmenete. A fordított folyamatot kondenzációnak nevezik.

A fajlagos párolgási hő minden anyagnál ismert érték, lásd az értéket a fizikai táblázatokban.

Égés

Az anyag égésekor felszabaduló hőmennyiség

A fajlagos égéshő minden anyagnál ismert érték, lásd az értéket a fizikai táblázatokban.

Zárt és adiabatikusan izolált testrendszerre teljesül a hőmérleg egyenlete. A hőcserében részt vevő összes test által adott és kapott hőmennyiség algebrai összege nulla:

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

23) A folyadékok szerkezete. felszíni réteg. Felületi feszültségi erő: megnyilvánulási példák, számítások, felületi feszültségi együttható.

Időről időre bármely molekula átkerülhet egy szomszédos üresedésbe. Az ilyen ugrások a folyadékokban meglehetősen gyakran előfordulnak; ezért a molekulák nincsenek bizonyos központokhoz kötve, mint a kristályoknál, és a folyadék teljes térfogatában mozoghatnak. Ez magyarázza a folyadékok folyékonyságát. A szorosan elhelyezkedő molekulák közötti erős kölcsönhatás miatt több molekulát tartalmazó lokális (instabil) rendezett csoportokat alkothatnak. Ezt a jelenséget az ún rövid távú rendelés(3.5.1. ábra).

A β együtthatót ún térfogat-tágulás hőmérsékleti együtthatója . Ez az együttható folyadékoknál tízszer nagyobb, mint szilárd anyagoknál. Víznél például 20 °C hőmérsékleten β in ≈ 2 10 - 4 K - 1, acélnál β st ≈ 3,6 10 - 5 K - 1, kvarcüvegnél β kv ≈ 9 10 - 6 K - egy .

A víz hőtágulásának érdekes és fontos anomáliája van a földi élet szempontjából. 4 °C alatti hőmérsékleten a víz a hőmérséklet csökkenésével kitágul (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Amikor a víz megfagy, kitágul, így a jég lebegve marad a fagyos víztest felszínén. A jég alatt fagyott víz hőmérséklete 0°C. A tározó fenekéhez közeli sűrűbb vízrétegekben a hőmérséklet körülbelül 4 °C. Ennek köszönhetően a fagyos tározók vizében is létezhet élet.

A folyadékok legérdekesebb tulajdonsága a jelenlét szabad felület . A folyadék, ellentétben a gázokkal, nem tölti ki az edény teljes térfogatát, amelybe öntik. A folyadék és a gáz (vagy gőz) között határfelület képződik, amely a folyékony tömeg többi részéhez képest speciális körülmények között van. réteg nem vezet észrevehető változáshoz a folyadék térfogatában. Ha a molekula a felszínről a folyadékba kerül, az intermolekuláris kölcsönhatás erői pozitív munkát végeznek. Éppen ellenkezőleg, ahhoz, hogy bizonyos számú molekulát a folyadék mélységéből a felszínre húzzanak (azaz növeljék a folyadék felületét), a külső erőknek pozitív munkát kell végezniük Δ A külső, a Δ változással arányos S felszíni terület:

A mechanikából ismert, hogy egy rendszer egyensúlyi állapotai megfelelnek potenciális energiájának minimális értékének. Ebből következik, hogy a folyadék szabad felülete hajlamos csökkenteni a területét. Emiatt egy szabad csepp folyadék gömb alakú. A folyadék úgy viselkedik, mintha erők hatnának érintőlegesen a felületére, csökkentve (összehúzva) ezt a felületet. Ezeket az erőket ún felületi feszültségi erők .

A felületi feszültségi erők jelenléte a folyadék felületét úgy néz ki, mint egy rugalmas feszített fólia, azzal az egyetlen különbséggel, hogy a fóliában fellépő rugalmas erők a felületétől (azaz attól, hogy a film deformálódik) és a felületi feszültségi erőktől függenek. ne függj a folyadék felületén.

Egyes folyadékok, például a szappanos víz, képesek vékony filmeket képezni. Valamennyi jól ismert szappanbuborék megfelelő gömb alakú - ez is megnyilvánul a felületi feszültségi erők hatására. Ha a szappanos oldatba leeresztünk egy drótvázat, amelynek egyik oldala mozgatható, akkor az egészet folyadékfilm borítja (3.5.3. ábra).

A felületi feszültségek hajlamosak lerövidíteni a film felületét. A keret mozgó oldalának kiegyensúlyozásához külső erőt kell rá hatni Ha az erő hatására a keresztrúd Δ-vel elmozdul x, akkor a munka Δ A ext = F ext Δ x = Δ Ep = σΔ S, ahol ∆ S = 2LΔ x a szappanfilm mindkét oldalának felületének növekedése. Mivel az és az erők modulusai megegyeznek, a következőket írhatjuk:

Így a σ felületi feszültség együttható a következőképpen definiálható a felületet határoló vonal egységnyi hosszára ható felületi feszültségi erő modulusa.

A folyadékcseppekben és a szappanbuborékok belsejében lévő felületi feszültségi erők hatására a túlnyomás Δ p. Ha gondolatban levágunk egy gömb alakú sugarú cseppet R két felére, akkor mindegyiknek egyensúlyban kell lennie a 2π hosszúságú vágás határára ható felületi feszültség hatására Rés a π területre ható túlnyomásos erők R 2 szakasz (3.5.4. ábra). Az egyensúlyi feltételt így írjuk le

Ha ezek az erők nagyobbak, mint a folyadék molekulái közötti kölcsönhatás erői, akkor a folyadéké nedves szilárd test felülete. Ebben az esetben a folyadék valamilyen θ hegyesszögben közelíti meg a szilárd test felületét, ami az adott folyadék-szilárd párra jellemző. A θ szöget nevezzük érintkezési szög . Ha a folyékony molekulák közötti kölcsönhatási erők meghaladják a szilárd molekulákkal való kölcsönhatás erőit, akkor a θ érintkezési szög tompaszögűnek bizonyul (3.5.5. ábra). Ebben az esetben azt mondják, hogy a folyadék nem nedvesít szilárd test felülete. Nál nél teljes nedvesítésθ = 0, at teljes nem nedvesedésθ = 180°.

kapilláris jelenségek a folyadék felemelkedésének vagy süllyedésének nevezik kis átmérőjű csövekben - hajszálerek. A nedvesítő folyadékok a kapillárisokon keresztül felszállnak, a nem nedvesítő folyadékok leszállnak.

ábrán. A 3.5.6 egy bizonyos sugarú kapilláris csövet mutat r az alsó vége ρ sűrűségű nedvesítő folyadékká süllyeszti. A kapilláris felső vége nyitott. A folyadék emelkedése a kapillárisban addig folytatódik, amíg a kapillárisban lévő folyadékoszlopra ható gravitációs erő abszolút értékben egyenlővé nem válik a keletkező erővel. F n a folyadéknak a kapilláris felületével való érintkezésének határa mentén ható felületi feszültségek: F t = F n, hol F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Ez a következőket jelenti:

Teljes nem nedvesítés esetén θ = 180°, cos θ = –1, és ezért h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

A víz szinte teljesen átnedvesíti a tiszta üvegfelületet. Ezzel szemben a higany nem nedvesíti át teljesen az üvegfelületet. Ezért a higany szintje az üvegkapillárisban az edény szintje alá esik.

24) Párolgás: meghatározás, típusok (párolgás, forralás), párolgási és kondenzációs hőmennyiség számítása, párolgási fajhő.

Párolgás és kondenzáció. A párolgás jelenségének magyarázata az anyag molekulaszerkezetére vonatkozó elképzelések alapján. Fajlagos párolgási hő. Az egységei.

A folyadék gőzzé alakulásának jelenségét ún párologtatás.

Párolgás - nyílt felületről fellépő párologtatási folyamat.

A folyékony molekulák különböző sebességgel mozognak. Ha bármely molekula a folyadék felszínén van, az legyőzheti a szomszédos molekulák vonzerejét, és kirepülhet a folyadékból. A kilépő molekulák gőzt képeznek. A megmaradt folyékony molekulák sebessége ütközéskor megváltozik. Ebben az esetben egyes molekulák olyan sebességre tesznek szert, amely elegendő ahhoz, hogy kirepüljön a folyadékból. Ez a folyamat folytatódik, így a folyadékok lassan elpárolognak.

*A párolgási sebesség a folyadék típusától függ. Azok a folyadékok gyorsabban párolognak el, amelyekben a molekulák kisebb erővel vonzódnak.

*A párolgás bármely hőmérsékleten előfordulhat. De magasabb hőmérsékleten a párolgás gyorsabb .

*A párolgási sebesség a felületétől függ.

*A széllel (levegőáramlással) gyorsabban megy végbe a párolgás.

A párolgás során a belső energia csökken, mert. a párolgás során gyors molekulák hagyják el a folyadékot, ezért a megmaradó molekulák átlagos sebessége csökken. Ez azt jelenti, hogy ha nincs kívülről beáramló energia, akkor a folyadék hőmérséklete csökken.

A gőz folyadékká alakulásának jelenségét ún páralecsapódás. Energiák felszabadulásával jár együtt.

A páralecsapódás magyarázza a felhők képződését. A talaj fölé emelkedő vízgőz a levegő felső hidegrétegeiben felhőket képez, amelyek apró vízcseppekből állnak.

Fajlagos párolgási hő - fizikai. egy mennyiség, amely azt jelzi, hogy mennyi hő szükséges ahhoz, hogy egy 1 kg tömegű folyadék gőzzé alakuljon anélkül, hogy a hőmérséklet megváltozna.

Oud. párolgási hő L betűvel jelöljük, és J/kg-ban mérjük

Oud. víz párolgási hője: L=2,3×10 6 J/kg, alkohol L=0,9×10 6

A folyadék gőzzé alakításához szükséges hőmennyiség: Q = Lm

>>Fizika: A test felmelegítéséhez szükséges és általa a hűtés során felszabaduló hőmennyiség kiszámítása

Ahhoz, hogy megtanuljuk, hogyan kell kiszámítani a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséget, először meg kell határoznunk, hogy ez milyen mennyiségektől függ.
Az előző bekezdésből már tudjuk, hogy ez a hőmennyiség attól függ, hogy milyen anyagból áll a szervezet (azaz a fajlagos hőkapacitásától):
Q függ c-től
De ez még nem minden.

Ha úgy akarjuk felmelegíteni a vizet a vízforralóban, hogy az csak meleg legyen, akkor nem melegítjük sokáig. És hogy a víz felforrósodjon, tovább melegítjük. De minél tovább érintkezik a vízforraló a fűtőberendezéssel, annál több hőt kap tőle.

Ezért minél jobban változik a test hőmérséklete fűtés közben, annál több hőt kell átadni neki.

Legyen a test kezdeti hőmérséklete tini, a végső hőmérséklet pedig tfin. Ekkor a testhőmérséklet változását a különbség fejezi ki:

Végül is ezt mindenki tudja fűtés Például 2 kg vízhez több idő (és így több hő) szükséges, mint 1 kg víz felmelegítéséhez. Ez azt jelenti, hogy a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség a test tömegétől függ:

Tehát a hőmennyiség kiszámításához ismernie kell annak az anyagnak a fajlagos hőkapacitását, amelyből a test készül, a test tömegét, valamint a végső és a kezdeti hőmérséklet közötti különbséget.

Például meg kell határozni, hogy mennyi hő szükséges egy 5 kg tömegű vasalkatrész felmelegítéséhez, feltéve, hogy a kezdeti hőmérséklete 20 °C, a végső hőmérséklete pedig 620 °C.

A 8. táblázatból azt találjuk, hogy a vas fajlagos hőkapacitása c = 460 J/(kg°C). Ez azt jelenti, hogy 1 kg vas 1 °C-kal történő felmelegítéséhez 460 J szükséges.
5 kg vas 1 °C-os felmelegítéséhez 5-szörös hőmennyiség szükséges, pl. 460 J * 5 = 2300 J.

A vasat nem 1 °C-kal melegíteni, hanem A t \u003d 600 ° C, további 600-szor több hőre lesz szükség, azaz 2300 J X 600 = 1 380 000 J. Pontosan ugyanannyi (modulo) hőmennyiség szabadul fel, amikor ez a vas lehűl 620 ° C-ról 20 ° C-ra.

Tehát a test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség meghatározásához meg kell szorozni a test fajhőjét a tömegével, valamint a végső és a kezdeti hőmérséklet különbségével:

??? 1. Mondjon példákat arra vonatkozóan, hogy a test által felmelegített hőmennyiség a tömegétől és a hőmérséklet változásától függ! 2. Milyen képlet szerint a test felmelegítéséhez szükséges vagy az általa leadott hőmennyiség mikor hűtés?

S.V. Gromov, N.A. Szülőföld, fizika 8. évfolyam

Internetes oldalak olvasói küldték be

Feladatok és válaszok fizikából osztályonként, fizika absztraktok letöltése, fizika órák tervezése 8. évfolyam, minden, amivel a tanuló felkészülhet az órákra, óravázlat fizikából, fizika tesztek online, házi és munka

Az óra tartalma óra összefoglalója támogatási keret óra bemutató gyorsító módszerek interaktív technológiák Gyakorlat feladatok és gyakorlatok önvizsgálat műhelyek, tréningek, esetek, küldetések házi feladat megbeszélés kérdések szónoki kérdések a tanulóktól Illusztrációk audio, videoklippek és multimédia fényképek, képek grafika, táblázatok, sémák humor, anekdoták, viccek, képregények példázatok, mondások, keresztrejtvények, idézetek Kiegészítők absztraktokat cikkek chipek érdeklődő csaló lapok tankönyvek alapvető és kiegészítő kifejezések szószedete egyéb Tankönyvek és leckék javításaa tankönyv hibáinak javítása egy töredék frissítése a tankönyvben az innováció elemei a leckében az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése Csak tanároknak tökéletes leckék naptári terv évre a vitaprogram módszertani ajánlásai Integrált leckék

Mi melegszik fel gyorsabban a tűzhelyen - egy vízforraló vagy egy vödör víz? A válasz nyilvánvaló - egy vízforraló. Akkor a második kérdés az, hogy miért?

A válasz nem kevésbé nyilvánvaló - mert a vízforralóban kisebb a víz tömege. Kiváló. És most otthon szerezheti meg a legvalódibb fizikai élményt. Ehhez két egyforma kis serpenyőre, azonos mennyiségű vízre és növényi olajra, például fél literre és egy tűzhelyre lesz szüksége. Helyezzen egy edényt olajjal és vízzel ugyanarra a tűzre. És most figyeld, mi fog gyorsabban felmelegedni. Ha van folyadékok hőmérője, akkor használhatja, ha nincs, akkor csak időnként próbálja ki az ujjával a hőmérsékletet, csak vigyázzon, nehogy megégesse magát. Mindenesetre hamarosan látni fogja, hogy az olaj lényegesen gyorsabban melegszik fel, mint a víz. És még egy kérdés, ami tapasztalat formájában is megvalósítható. Melyik forr gyorsabban - hideg vagy meleg víz? Ismét minden nyilvánvaló – a meleg lesz az első, aki befejezi. Miért ezek a furcsa kérdések és kísérletek? A "hőmennyiségnek" nevezett fizikai mennyiség meghatározásához.

A hőmennyiség

A hőmennyiség az az energia, amelyet a test a hőátadás során elveszít vagy nyer. Ez egyértelmű a névből. Lehűléskor a test bizonyos mennyiségű hőt veszít, felmelegítve pedig elnyeli. A kérdéseinkre adott válaszok pedig megmutatták nekünk mitől függ a hőmennyiség? Először is, minél nagyobb a test tömege, annál nagyobb hőmennyiséget kell felhasználni a hőmérséklet egy fokkal történő megváltoztatásához. Másodszor, a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség attól függ, hogy milyen anyagból áll, vagyis az anyag fajtájától. Harmadszor pedig a testhőmérséklet hőátadás előtti és utáni különbsége is fontos számításainkhoz. A fentiek alapján megtehetjük határozza meg a hőmennyiséget a következő képlettel:

ahol Q a hőmennyiség,
m - testtömeg,
(t_2-t_1) - a kezdeti és a végső testhőmérséklet közötti különbség,
c - az anyag fajlagos hőkapacitása, megtalálható a vonatkozó táblázatokból.

Ezzel a képlettel kiszámíthatja azt a hőmennyiséget, amely bármely test felmelegítéséhez szükséges, vagy amelyet ez a test hűtésekor felszabadít.

A hőmennyiséget joule-ban (1 J) mérik, mint minden más energiafajtát. Ezt az értéket azonban nem olyan régen vezették be, és az emberek sokkal korábban kezdték el mérni a hőmennyiséget. És egy olyan egységet használtak, amelyet korunkban széles körben használnak - egy kalóriát (1 cal). 1 kalória az a hőmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 gramm víz hőmérsékletét 1 Celsius-fokkal megemelje. Ezektől az adatoktól vezérelve az elfogyasztott ételekben lévő kalóriák számolásának szerelmesei az érdeklődés kedvéért ki tudják számítani, hány liter vizet lehet felforralni azzal az energiával, amelyet a nap folyamán étellel fogyasztanak.

A hőmennyiség fogalma a modern fizika fejlődésének korai szakaszában alakult ki, amikor még nem voltak egyértelmű elképzelések az anyag belső szerkezetéről, arról, hogy mi az energia, milyen energiaformák léteznek a természetben és az energiáról. az anyag mozgásának és átalakulásának egy formája.

A hőmennyiség alatt a hőcsere során az anyagi testnek átadott energiával egyenértékű fizikai mennyiséget értünk.

A hőmennyiség elavult mértékegysége a kalória, ami 4,2 J, ma ezt a mértékegységet gyakorlatilag nem használják, és a joule vette át a helyét.

Kezdetben azt feltételezték, hogy a hőenergia hordozója valami teljesen súlytalan közeg, amely folyadék tulajdonságaival rendelkezik. A hőátadás számos fizikai problémáját megoldották és jelenleg is e feltevés alapján oldják meg. A hipotetikus kalória létét számos, lényegében helyes konstrukció alapjául vették. Úgy gondolták, hogy a kalória felszabadul és felszívódik a melegítés és hűtés, az olvadás és a kristályosodás jelenségeiben. A hőátadási folyamatok helyes egyenleteit helytelen fizikai fogalmakból kaptuk. Ismert egy törvény, amely szerint a hőmennyiség egyenesen arányos a hőcserében részt vevő test tömegével és a hőmérsékleti gradienssel:

Ahol Q a hőmennyiség, m a test tömege és az együttható Val vel- fajlagos hőkapacitásnak nevezett mennyiség. A fajlagos hőkapacitás a folyamatban részt vevő anyag jellemzője.

Termodinamikai munka

A termikus folyamatok eredményeként tisztán mechanikai munka végezhető. Például hevítéskor egy gáz növeli a térfogatát. Vegyünk egy helyzetet az alábbi ábrán látható módon:

Ebben az esetben a mechanikai munka megegyezik a dugattyúra ható gáznyomás erővel, megszorozva a dugattyú által nyomás alatt megtett úttal. Természetesen ez a legegyszerűbb eset. De még ebben is észrevehető egy nehézség: a nyomáserő a gáz térfogatától függ majd, ami azt jelenti, hogy nem állandókkal, hanem változókkal van dolgunk. Mivel mindhárom változó: nyomás, hőmérséklet és térfogat összefügg egymással, a munkaszámítás sokkal bonyolultabbá válik. Létezik néhány ideális, végtelenül lassú folyamat: izobár, izoterm, adiabatikus és izokhorikus – amelyekre az ilyen számítások viszonylag egyszerűen elvégezhetők. Megjelenik a nyomás és a térfogat görbéje, és a munka kiszámítása az űrlap integráljaként történik.