열용량-1도 가열했을 때 신체가 흡수하는 열량입니다.
신체의 열용량은 자본으로 표시됩니다. 라틴 문자 와 함께.
신체의 열용량은 무엇에 달려 있습니까? 우선, 질량에서. 예를 들어 가열하려면 1kg의 물이 필요하다는 것이 분명합니다. 더 많은 열 200g을 가열하는 것보다.
물질의 종류는 어떻습니까? 실험을 해보자. 두 개의 동일한 용기를 가져와 그중 하나에 400g의 물을 붓고 다른 하나에는 400g의 식물성 기름을 붓고 동일한 버너를 사용하여 가열을 시작하겠습니다. 온도계 수치를 관찰하면 오일이 빠르게 가열되는 것을 볼 수 있습니다. 물과 기름을 같은 온도로 가열하려면 물을 더 오랫동안 가열해야 합니다. 하지만 물을 오랫동안 가열할수록 많은 분량버너로부터 열을 받습니다.
따라서 동일한 질량의 서로 다른 물질을 동일한 온도로 가열하려면 서로 다른 양의 열이 필요합니다. 신체를 가열하는 데 필요한 열량과 그에 따른 열용량은 신체를 구성하는 물질의 유형에 따라 달라집니다.
예를 들어, 1kg의 물의 온도를 1°C 높이려면 4200J에 해당하는 열량이 필요하고, 같은 질량을 1°C만큼 가열하려면 해바라기 유필요한 열량은 1700J입니다.
어떤 물질 1kg을 1℃만큼 가열하는데 필요한 열량을 나타내는 물리량을 물리량이라고 합니다. 비열 용량이 물질의.
각 물질에는 고유한 특성이 있습니다. 비열는 라틴 문자 c로 표시되며 킬로그램도당 줄(J/(kg °C))로 측정됩니다.
서로 다른 응집 상태(고체, 액체, 기체)에서 동일한 물질의 비열 용량이 다릅니다. 예를 들어, 물의 비열 용량은 4200 J/(kg °C)이고 얼음의 비열 용량은 2100 J/(kg °C)입니다. 고체 상태의 알루미늄은 비열 용량이 920 J/(kg - °C)이고, 액체 상태에서 - 1080 J/(kg - °C)입니다.
물은 비열 용량이 매우 높습니다. 따라서 여름에 뜨거워지는 바다와 바다의 물은 공기로부터 많은 양의 열을 흡수합니다. 덕분에 큰 수역 근처에 위치한 곳에서는 여름이 물에서 멀리 떨어진 곳만큼 덥지 않습니다.
본체를 가열하는 데 필요하거나 냉각 중에 본체에서 방출되는 열량을 계산합니다.
위에서부터 물체를 가열하는 데 필요한 열량은 물체를 구성하는 물질의 유형(즉, 비열 용량)과 물체의 질량에 따라 다르다는 것이 분명합니다. 열의 양은 체온을 몇도까지 올릴 것인지에 달려 있다는 것도 분명합니다.
따라서 몸체를 가열하는 데 필요하거나 냉각 중에 방출되는 열량을 결정하려면 몸체의 비열 용량에 질량을 곱하고 최종 온도와 초기 온도의 차이를 곱해야 합니다.
큐= 센티미터 (티 2 -티 1),
어디 큐- 열량, 씨- 비열 용량, 중 - 체질량, t 1- 초기 온도, t 2- 최종 온도.
몸에 열이 오르면 t 2> t 1따라서 큐 >0 . 몸이 시원해지면 t 2i< t 1따라서 큐< 0 .
몸 전체의 열용량을 알면 와 함께, 큐다음 공식에 의해 결정됩니다. Q = C(티 2 - ~ 1).
22) 용융: 정의, 용융 또는 응고를 위한 열량 계산, 융해 비열, t 0 (Q) 그래프.
열역학
장 분자물리학, 에너지 전달, 일부 유형의 에너지가 다른 유형으로 변환되는 패턴을 연구합니다. 분자 운동 이론과 달리 열역학은 고려하지 않습니다. 내부 구조물질과 마이크로파라미터.
열역학적 시스템
서로 또는 다른 사람과 에너지(일이나 열의 형태로)를 교환하는 물체의 집합입니다. 환경. 예를 들어, 주전자 안의 물은 냉각되고, 물과 주전자 사이에 열이 교환되고, 주전자의 열은 환경과 교환됩니다. 피스톤 아래에 가스가 있는 실린더: 피스톤이 작업을 수행하고 그 결과 가스가 에너지를 받고 매크로 매개변수가 변경됩니다.
열량
이것 에너지, 시스템은 열교환 과정에서 이를 받아들이거나 방출합니다. 기호 Q로 표시되며 다른 에너지와 마찬가지로 줄 단위로 측정됩니다.
다양한 열교환 과정의 결과로 전달되는 에너지는 고유한 방식으로 결정됩니다.
가열 및 냉각
이 과정은 시스템 온도의 변화를 특징으로 합니다. 열량은 공식에 의해 결정됩니다
물질의 비열 용량예열하는데 필요한 열량으로 측정 질량 단위이 물질의 1K. 1kg의 유리나 1kg의 물을 가열하려면 서로 다른 양의 에너지가 필요합니다. 비열 용량은 모든 물질에 대해 이미 계산된 알려진 양입니다. 물리적 표의 값을 참조하세요.
물질 C의 열용량-이것은 질량을 1K 고려하지 않고 몸체를 가열하는 데 필요한 열량입니다.
용융 및 결정화
용융은 물질이 고체 상태에서 액체 상태로 전이되는 현상입니다. 역전이를 결정화라고 합니다.
파괴에 소비되는 에너지 결정 격자공식에 의해 결정되는 물질
비융해열은 각 물질에 대해 알려진 값입니다. 물리적 표의 값을 참조하세요.
기화(증발 또는 비등) 및 응축
기화는 물질이 액체(고체) 상태에서 기체 상태로 전이되는 현상입니다. 역과정응축이라고 합니다.
기화 비열은 각 물질에 대해 알려진 값입니다. 물리적 표의 값을 참조하세요.
연소
물질이 연소할 때 방출되는 열의 양
연소 비열은 각 물질에 대해 알려진 값입니다. 물리적 표의 값을 참조하세요.
폐쇄되고 단열적으로 고립된 몸체 시스템의 경우 열 균형 방정식이 충족됩니다. 열 교환에 참여하는 모든 몸체가 주고받는 열량의 대수적 합은 0과 같습니다.
Q 1 +Q 2 +...+Qn =0
23) 액체의 구조. 표면층. 표면장력: 발현, 계산, 표면장력 계수의 예.
때때로 어떤 분자라도 근처의 빈 위치로 이동할 수 있습니다. 이러한 액체의 점프는 매우 자주 발생합니다. 따라서 분자는 결정처럼 특정 중심에 묶여 있지 않으며 액체의 전체 부피를 통해 이동할 수 있습니다. 이것은 액체의 유동성을 설명합니다. 밀접하게 위치한 분자 사이의 강한 상호 작용으로 인해 여러 분자를 포함하는 국소적(불안정한) 정렬 그룹을 형성할 수 있습니다. 이 현상을 주문 마감(그림 3.5.1).
계수 β는 다음과 같습니다. 체적 팽창 온도 계수 . 액체의 이 계수는 고체의 계수보다 수십 배 더 큽니다. 예를 들어, 물의 경우 20°C의 온도에서 β in ≒ 2 10 – 4 K – 1, 강철의 경우 β st ≒ 3.6 10 – 5 K – 1, 석영 유리의 경우 β kv ≒ 9 10 – 6 K – 1 .
물의 열팽창은 지구상의 생명체에게 흥미롭고 중요한 변칙 현상을 가지고 있습니다. 4°C 미만의 온도에서는 온도가 감소함에 따라 물이 팽창합니다(β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
물이 얼면 팽창하므로 얼음은 얼어붙은 물 표면에 떠 있는 상태로 남아 있습니다. 얼음 아래 물의 어는 온도는 0°C입니다. 저수지 바닥의 밀도가 높은 물층의 온도는 약 4°C입니다. 덕분에 얼어붙은 저수지 물에도 생명체가 존재할 수 있다.
액체의 가장 흥미로운 특징은 존재입니다. 자유 표면 . 액체는 가스와 달리 부어지는 용기의 전체 부피를 채우지 않습니다. 액체와 기체(또는 증기) 사이에 경계면이 형성됩니다. 특별한 조건나머지 액체 질량과 비교하여.. 압축률이 매우 낮기 때문에 더 조밀하게 포장된 표면층이 있어도 액체 부피에 눈에 띄는 변화가 발생하지 않는다는 점을 명심해야 합니다. 분자가 표면에서 액체로 이동하면 분자간 상호 작용의 힘이 긍정적인 작용을 합니다. 반대로, 액체 깊은 곳에서 표면으로 일정한 수의 분자를 끌어당기기 위해서는(즉, 액체의 표면적을 늘리기 위해) 외부 힘이 양의 일 Δ를 수행해야 합니다. ㅏ외부, 변화에 비례 Δ 에스표면적:
시스템의 평형 상태는 위치 에너지의 최소값에 해당한다는 것이 역학을 통해 알려져 있습니다. 따라서 액체의 자유 표면은 그 면적을 줄이는 경향이 있습니다. 이러한 이유로 액체의 자유 방울은 구형 모양을 취합니다. 액체는 표면에 접선 방향으로 작용하는 힘이 이 표면을 수축(당기는)하는 것처럼 동작합니다. 이러한 힘을 표면 장력 .
표면 장력이 있으면 액체 표면이 탄력적으로 늘어난 필름처럼 보입니다. 단, 필름의 탄성력은 표면적(즉, 필름이 변형되는 방식)과 표면 장력에 따라 달라집니다. 힘 의존하지 마십시오액체의 표면적에.
비눗물과 같은 일부 액체는 얇은 막을 형성하는 능력이 있습니다. 잘 알려진 비눗방울은 규칙적인 구형 모양을 갖고 있습니다. 이는 또한 표면 장력의 영향을 보여줍니다. 측면 중 하나가 움직일 수 있는 와이어 프레임을 비눗물에 담그면 전체 프레임이 액체 필름으로 덮이게 됩니다(그림 3.5.3).
표면 장력은 필름 표면을 감소시키는 경향이 있습니다. 프레임의 움직이는 면의 균형을 맞추려면 다음을 적용해야 합니다. 외력힘의 영향으로 크로스바가 Δ만큼 움직인다면 엑스, 그러면 작업 Δ가 수행됩니다. ㅏ vn = 에프 vn Δ 엑스 = Δ 에피 = σΔ 에스, 여기서 Δ 에스 = 2엘Δ 엑스– 비누막 양면의 표면적이 증가합니다. 힘의 계수와 동일하므로 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
|
따라서 표면 장력 계수 σ는 다음과 같이 정의될 수 있습니다. 표면 경계선의 단위 길이당 작용하는 표면 장력의 계수.
액체 방울과 내부의 표면 장력의 작용으로 인해 비누방울과잉 압력 Δ 발생 피. 반경의 구형 방울을 정신적으로 자르면 아르 자형두 개의 반쪽으로 나뉘면 각각은 길이 2π의 절단 경계에 적용된 표면 장력의 작용 하에서 평형 상태에 있어야 합니다. 아르 자형그리고 힘 지나친 압력, 면적 π에 작용 아르 자형 2개 섹션(그림 3.5.4). 평형 조건은 다음과 같이 쓰여집니다.
이러한 힘이 액체 자체의 분자 사이의 상호 작용 힘보다 크면 액체는 젖음고체의 표면. 이 경우 액체는 주어진 액체-고체 쌍의 특징인 특정 예각 θ로 고체 표면에 접근합니다. 각도 θ가 호출됩니다. 접촉각 . 액체 분자 사이의 상호 작용 힘이 고체 분자와의 상호 작용 힘을 초과하면 접촉각 θ가 둔해집니다(그림 3.5.5). 이 경우 그들은 액체라고 말합니다. 젖지 않는다고체의 표면. ~에 완전 젖음θ = 0, ~에 완전 비습윤θ = 180°.
모세관 현상직경이 작은 관에서 액체의 상승 또는 하강이라고 함 - 모세혈관. 습윤 액체는 모세혈관을 통해 상승하고, 습윤하지 않는 액체는 하강합니다.
그림에서. 3.5.6은 특정 반경의 모세관을 보여줍니다. 아르 자형, 하단에서 밀도 ρ의 습윤 액체로 낮아졌습니다. 모세관의 상단이 열려 있습니다. 모세관 내 액체의 상승은 모세관 내 액체 기둥에 작용하는 중력의 크기가 합력과 같아질 때까지 계속됩니다. 에프 n 모세관 표면과 액체의 접촉 경계를 따라 작용하는 표면 장력: 에프티 = 에프 n, 어디서 에프티 = mg = ρ 시간π 아르 자형 2 g, 에프 n = σ2π 아르 자형 cos θ.
이는 다음을 의미합니다.
완전 비습윤 θ = 180°인 경우 cos θ = –1이므로, 시간 < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
물은 깨끗한 유리 표면을 거의 완전히 적십니다. 반대로, 수은은 유리 표면을 완전히 적시지 않습니다. 따라서 유리 모세관의 수은 수준은 용기의 수준 아래로 떨어집니다.
24) 기화: 정의, 유형(증발, 비등), 기화 및 응축 열량 계산, 기화 비열.
증발 및 응축. 물질의 분자 구조에 대한 아이디어를 바탕으로 증발 현상을 설명합니다. 비열의 기화열. 그 단위.
액체가 증기로 변하는 현상을 '기증'이라고 한다. 증발.
증발 - 열린 표면에서 발생하는 기화 과정.
액체 분자는 다음과 같이 움직입니다. 다른 속도로. 어떤 분자가 액체 표면에 도달하면 이웃 분자의 인력을 극복하고 액체 밖으로 날아갈 수 있습니다. 분출된 분자는 증기를 형성합니다. 액체의 나머지 분자는 충돌 시 속도를 변경합니다. 동시에 일부 분자는 액체 밖으로 날아갈 만큼 충분한 속도를 얻습니다. 이 과정이 계속되어 액체가 천천히 증발합니다.
*증발 속도는 액체의 종류에 따라 다릅니다. 더 적은 힘으로 분자를 끌어당기는 액체는 더 빨리 증발합니다.
*증발은 어떤 온도에서도 발생할 수 있습니다. 하지만 때 고온증발이 더 빨리 일어난다 .
*증발 속도는 표면적에 따라 다릅니다.
*바람(공기 흐름)이 있으면 증발이 더 빨리 발생합니다.
증발하는 동안 내부 에너지는 감소합니다. 증발하는 동안 액체는 빠른 분자를 떠나므로 나머지 분자의 평균 속도는 감소합니다. 이는 외부로부터 에너지 유입이 없으면 액체의 온도가 감소한다는 것을 의미합니다.
증기가 액체로 변하는 현상을 현상이라고 합니다. 응축.
그것은 에너지 방출을 동반합니다.
증기 응축은 구름 형성을 설명합니다. 땅 위로 상승하는 수증기는 작은 물방울로 구성된 차가운 공기층에 구름을 형성합니다.
비열의 기화열 - 물리적 온도 변화 없이 1kg의 액체를 증기로 변환하는 데 필요한 열량을 나타내는 값입니다.
Ud. 기화열 문자 L로 표시되고 J/kg으로 측정됩니다.
Ud. 물의 기화열: L=2.3×10 6 J/kg, 알코올 L=0.9×10 6
액체를 증기로 변환하는 데 필요한 열량: Q = Lm
알려진 바와 같이, 다른 기계적 과정변화가 일어난다 기계적 에너지 여음. 기계적 에너지 변화의 척도는 시스템에 가해지는 힘의 작용입니다.
\(~\델타 W_(meh) = A.\)
열교환 중에 신체의 내부 에너지에 변화가 발생합니다. 열 전달 중 내부 에너지 변화의 척도는 열량입니다.
열량열 교환 과정에서 신체가 받는(또는 포기하는) 내부 에너지의 변화를 측정한 것입니다.
따라서 일과 열량은 모두 에너지 변화의 특징을 나타내지만 에너지와 동일하지는 않습니다. 그들은 시스템 자체의 상태를 특성화하지 않지만 상태가 변할 때 한 유형에서 다른 유형으로(한 신체에서 다른 신체로) 에너지 전환 과정을 결정하고 프로세스의 성격에 크게 의존합니다.
일과 열량의 주요 차이점은 일은 에너지가 한 유형에서 다른 유형으로(기계에서 내부로) 변환되는 것과 함께 시스템의 내부 에너지를 변경하는 과정을 특징으로 한다는 것입니다. 열의 양은 에너지 변환을 수반하지 않고 내부 에너지가 한 몸체에서 다른 몸체로(더 가열된 것에서 덜 가열된 것으로) 전달되는 과정을 특징으로 합니다.
경험에 따르면 신체 질량을 가열하는 데 필요한 열량이 중온도에 티 1 ~ 온도 티 2, 공식으로 계산
\(~Q = cm (T_2 - T_1) = cm \델타 T, \qquad (1)\)
어디 씨- 물질의 비열 용량;
\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)
비열 용량의 SI 단위는 킬로그램 켈빈당 줄(J/(kg K))입니다.
비열 씨는 1kg의 물체를 1K만큼 가열하기 위해 1kg의 물체에 전달되어야 하는 열량과 수치적으로 동일합니다.
열용량몸 씨 T는 체온을 1K 변화시키는 데 필요한 열량과 수치적으로 동일합니다.
\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = cm.\)
신체 열용량의 SI 단위는 켈빈당 줄(J/K)입니다.
일정한 온도에서 액체를 증기로 변화시키려면 일정량의 열을 소비해야 합니다.
\(~Q = Lm, \qquad (2)\)
어디 엘- 특정 기화열. 증기가 응축되면 동일한 양의 열이 방출됩니다.
결정체의 무게를 녹이기 위해 중녹는점에서 신체는 열의 양을 전달해야 합니다.
\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)
어디 λ - 비융합열. 신체가 결정화되면 동일한 양의 열이 방출됩니다.
연료 덩어리가 완전 연소되는 동안 방출되는 열의 양 중,
\(~Q = qm, \qquad (4)\)
어디 큐- 연소의 비열.
기화, 용융 및 연소의 비열의 SI 단위는 킬로그램당 줄(J/kg)입니다.
문학
Aksenovich L. A. 물리학 고등학교: 이론. 작업. 테스트: 교과서. 일반 교육을 제공하는 기관에 대한 수당. 환경, 교육 / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; 에드. K. S. 파리노. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 154-155.
« 물리학 – 10학년
물질의 집합적인 변형은 어떤 과정에서 발생합니까?
어떻게 바꿀 수 있나요? 집합 상태물질?
일을 하거나, 가열하거나, 반대로 냉각함으로써 신체의 내부 에너지를 변경할 수 있습니다.
따라서 금속을 단조할 때 작업이 완료되고 가열되는 동시에 금속이 불타는 불꽃으로 가열될 수 있습니다.
또한 피스톤이 고정되어 있으면(그림 13.5) 가열해도 가스의 부피가 변하지 않으며 작업이 수행되지 않습니다. 그러나 가스의 온도, 즉 내부 에너지가 증가합니다.
내부에너지증가하거나 감소할 수 있으므로 열의 양은 양수일 수도 있고 음수일 수도 있습니다.
일을 하지 않고 한 몸에서 다른 몸으로 에너지를 전달하는 과정을 열교환.
열 전달 중 내부 에너지 변화의 정량적 측정을 열의 양.
열전달의 분자 사진.
물체 사이의 경계에서 열 교환이 진행되는 동안 천천히 움직이는 차가운 물체의 분자와 빠르게 움직이는 뜨거운 물체의 분자 사이의 상호 작용이 발생합니다. 결과적으로 분자의 운동에너지는 동일해지고 차가운 물체의 분자 속도는 증가하고 뜨거운 물체의 분자 속도는 감소합니다.
열 교환 중에 에너지는 한 형태에서 다른 형태로 변환되지 않으며, 더 가열된 몸체의 내부 에너지 중 일부는 덜 가열된 몸체로 전달됩니다.
열량과 열용량.
질량이 m인 물체를 온도 t 1에서 온도 t 2로 가열하려면 일정량의 열을 전달해야 한다는 것을 이미 알고 있습니다.
Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)
신체가 냉각되면 최종 온도 t 2 는 초기 온도 t 1 보다 낮아지고 신체에서 발산하는 열량은 음수가 됩니다.
식 (13.5)의 계수 c는 다음과 같습니다. 비열 용량 물질.
비열- 이는 1kg 무게의 물질이 온도가 1K 변할 때 받아들이거나 방출하는 열량과 수치적으로 동일한 양입니다.
가스의 비열 용량은 열 전달이 발생하는 과정에 따라 달라집니다. 일정한 압력에서 가스를 가열하면 가스가 팽창하여 일을 합니다. 일정한 압력에서 기체를 1°C 가열하려면 기체가 가열되기만 하는 일정한 부피에서 가열하는 것보다 더 많은 열을 전달해야 합니다.
액체와 고체가열하면 약간 팽창합니다. 일정한 부피와 일정한 압력에서 비열 용량은 거의 다르지 않습니다.
비열의 기화열.
끓는 과정에서 액체를 증기로 변환하려면 일정량의 열이 전달되어야 합니다. 액체가 끓을 때 액체의 온도는 변하지 않습니다. 일정한 온도에서 액체가 증기로 변환되면 분자의 운동 에너지가 증가하지 않지만 상호 작용의 위치 에너지가 증가합니다. 결국 기체 분자 사이의 평균 거리는 액체 분자 사이의 거리보다 훨씬 큽니다.
일정한 온도에서 1kg의 액체를 증기로 전환시키는 데 필요한 열량과 수치적으로 동일한 양을 증기라고 합니다. 비열증발.
액체의 증발 과정은 모든 온도에서 발생하며 가장 빠른 분자는 액체를 떠나 증발 중에 냉각됩니다. 증발 비열은 증발 비열과 같습니다.
이 값은 문자 r로 표시되며 킬로그램당 줄(J/kg)로 표시됩니다.
물의 증발 비열은 매우 높습니다: r H20 = 2.256 10 6 J/kg(온도 100 °C에서). 알코올, 에테르, 수은, 등유와 같은 다른 액체의 경우 증발 비열은 물의 비열보다 3-10배 적습니다.
질량이 m인 액체를 증기로 변환하려면 다음과 같은 열량이 필요합니다.
Qp = rm. (13.6)
증기가 응축되면 동일한 양의 열이 방출됩니다.
Q k = -rm. (13.7)
비융합열.
결정체가 녹을 때 공급되는 모든 열은 분자 간 상호 작용의 위치 에너지를 증가시키는 데 사용됩니다. 용융은 일정한 온도에서 일어나기 때문에 분자의 운동 에너지는 변하지 않습니다.
융점에서 1kg의 결정성 물질을 액체로 변환하는 데 필요한 열량과 수치적으로 동일한 값을 호출합니다. 비융합열문자 λ로 표시됩니다.
1kg의 물질이 결정화되면 녹는 동안 흡수되는 열량과 정확히 같은 양의 열이 방출됩니다.
얼음이 녹는 비열은 3.34 · 10 5 J/kg으로 매우 높습니다.
“얼음의 융해열이 높지 않다면 봄에 얼음 덩어리 전체가 몇 분 또는 몇 초 안에 녹아야 할 것입니다. 열이 공기에서 얼음으로 지속적으로 전달되기 때문입니다. 그 결과는 끔찍할 것입니다. 결국 지금 상황에서도 대량의 얼음이나 눈이 녹으면 큰 홍수와 강한 물의 흐름이 발생합니다.” R. 블랙, XVIII 세기.
질량이 m인 결정체를 녹이려면 다음과 같은 열량이 필요합니다.
Qpl = λm. (13.8)
신체의 결정화 중에 방출되는 열의 양은 다음과 같습니다.
Q cr = -λm (13.9)
열 균형 방정식.
예를 들어, 용기 안의 물과 물 속으로 내려간 뜨거운 철구 사이의 열 교환과 같이 초기에 서로 다른 온도를 갖는 여러 몸체로 구성된 시스템 내의 열 교환을 고려해 보겠습니다. 에너지 보존의 법칙에 따르면 한 물체가 발산하는 열의 양은 다른 물체가 받는 열의 양과 수치적으로 동일합니다.
주어진 열의 양은 음의 것으로 간주되고, 받는 열의 양은 양의 것으로 간주됩니다. 따라서 전체 열량 Q1 + Q2 = 0입니다.
고립계의 여러 물체 사이에서 열교환이 일어난다면,
Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)
식 (13.10)은 다음과 같다. 열 균형 방정식.
여기서 Q 1 Q 2, Q 3은 신체가 받아들이거나 발산하는 열의 양입니다. 열 교환 과정에서 물질의 다양한 상 변형(용융, 결정화, 기화, 응축)이 발생하는 경우 이러한 열량은 공식 (13.5) 또는 공식 (13.6)-(13.9)로 표현됩니다.
우리 기사의 초점은 열량입니다. 이 양이 변할 때 변형되는 내부 에너지의 개념을 고려해 보겠습니다. 또한 계산을 적용한 몇 가지 예를 보여 드리겠습니다. 인간 활동.
열
어떤 말로도 모국어각 사람은 자신의 협회를 가지고 있습니다. 그들은 결정된다 개인적인 경험그리고 불합리한 감정. 여러분은 '따뜻함'이라는 단어를 들으면 보통 어떤 생각이 떠오르시나요? 부드러운 담요, 작동하는 배터리 중앙 난방겨울, 먼저 햇빛봄, 고양이 혹은 엄마의 눈빛, 친구의 위로의 말, 시기적절한 관심.
물리학자들은 이것을 매우 구체적인 용어로 사용합니다. 특히 이 복잡하지만 매혹적인 과학의 일부 섹션에서는 매우 중요합니다.
열역학
에너지 보존 법칙의 기반이 되는 가장 단순한 과정과 분리되어 열의 양을 고려하는 것은 가치가 없습니다. 명확한 것은 없습니다. 그러므로 먼저 독자들에게 상기시켜 드리겠습니다.
열역학은 모든 사물이나 물체를 원자, 이온, 분자 등 매우 많은 수의 기본 부품의 조합으로 간주합니다. 그 방정식은 매크로 매개변수가 변경될 때 시스템 전체와 전체의 일부로서 시스템의 집합적 상태의 변화를 설명합니다. 후자는 온도(T로 표시됨), 압력(P), 성분 농도(보통 C)를 나타냅니다.
내부에너지
내부 에너지는 다소 복잡한 용어이므로 열량에 대해 이야기하기 전에 그 의미를 이해할 가치가 있습니다. 물체의 매크로파라미터 값이 증가하거나 감소할 때 변화하는 에너지를 나타내며 기준 시스템에 의존하지 않습니다. 그것은 전체 에너지의 일부입니다. 연구 중인 물체의 질량 중심이 정지해 있는 조건(즉, 운동 성분이 없는 경우)과 일치합니다.
사람이 물체(예: 자전거)가 뜨거워지거나 차가워졌다고 느낄 때, 이는 구성하는 모든 분자와 원자가 이 시스템, 내부 에너지의 변화를 경험했습니다. 그러나 일정한 온도가 이 지표의 보존을 의미하는 것은 아닙니다.
일과 열
모든 열역학 시스템의 내부 에너지는 두 가지 방식으로 변환될 수 있습니다.
- 그것에 대한 작업을 수행함으로써;
- 환경과의 열교환 중.
이 프로세스의 공식은 다음과 같습니다.
dU=Q-A, 여기서 U는 내부 에너지, Q는 열, A는 일입니다.
표현의 단순함에 독자가 속지 않도록 하십시오. 재배열에서는 Q=dU+A가 표시되지만 엔트로피(S)를 도입하면 공식이 dQ=dSxT 형식이 됩니다.
이후 이 경우방정식은 미분 방정식의 형태를 취하며, 첫 번째 표현식에는 동일한 방정식이 필요합니다. 다음으로, 연구 대상 물체에 작용하는 힘과 계산되는 매개변수에 따라 필요한 비율이 도출됩니다.
열역학 시스템의 예로 금속구를 생각해 봅시다. 누르고, 던지고, 깊은 우물에 떨어 뜨리면 작업을 수행한다는 의미입니다. 외부 적으로 이러한 모든 무해한 행동은 공에 해를 끼치 지 않지만 내부 에너지는 아주 약간이라도 변경됩니다.
두 번째 방법은 열교환이다. 이제 우리는 이 기사의 주요 목표인 열량이 무엇인지에 대한 설명에 이르렀습니다. 이는 열 교환 중에 발생하는 열역학 시스템의 내부 에너지 변화입니다(위 공식 참조). 줄 또는 칼로리로 측정됩니다. 분명히, 공이 라이터 위에 있거나, 햇빛 아래에 있거나, 단순히 햇빛 아래에 있다면, 따뜻한 손, 그러면 뜨거워질 것입니다. 그리고 온도 변화를 이용하여 그에게 전달된 열의 양을 알아낼 수 있습니다.
가스가 내부 에너지 변화의 가장 좋은 예인 이유와 이로 인해 학생들이 물리학을 좋아하지 않는 이유
위에서 우리는 금속구의 열역학적 매개변수의 변화를 설명했습니다. 특별한 장치 없이는 눈에 띄지 않으며 독자는 대상에서 발생하는 프로세스에 대해서만 단어를 사용할 수 있습니다. 시스템이 가스라면 또 다른 문제입니다. 그것을 누르면 눈에 보이고 가열됩니다. 압력이 상승하고 지하로 낮아지며 쉽게 기록할 수 있습니다. 따라서 교과서에서는 시각적 열역학 시스템으로 가스가 가장 자주 사용됩니다.
하지만 아쉽게도 현대 교육 실제 경험별로 관심을 기울이지 않습니다. 글을 쓰는 과학자 툴킷, 그가 말하는 내용을 완벽하게 이해합니다. 우리 얘기 중이야. 그는 기체 분자의 예를 사용하면 모든 열역학적 매개변수가 적절하게 입증될 것으로 보입니다. 그러나 이제 막 이 세계를 발견한 학생은 이론적 피스톤이 있는 이상적인 플라스크에 대해 듣는 것이 지루합니다. 학교에 실제 연구 실험실이 있고 그곳에서 작업할 시간을 할당했다면 상황은 달라졌을 것입니다. 불행하게도 지금까지는 실험이 종이로만 이루어졌습니다. 그리고 아마도 이것이 바로 사람들이 물리학의 이 분야를 삶과는 거리가 멀고 불필요한 순전히 이론적인 것으로 간주하는 이유입니다.
따라서 우리는 위에서 이미 언급한 자전거를 예로 사용하기로 결정했습니다. 사람이 페달을 밟고 작업을 합니다. 자전거가 공간에서 움직이는 덕분에 전체 메커니즘에 토크를 전달하는 것 외에도 레버를 만드는 재료의 내부 에너지가 변경됩니다. 자전거 타는 사람은 핸들을 눌러 회전하고 다시 작업을 수행합니다.
내부에너지 외부 덮개(플라스틱 또는 금속)이 증가합니다. 사람이 밝은 태양 아래 공터로 나갑니다. 자전거가 뜨거워지고 열량이 변합니다. 오래된 참나무 그늘에서 휴식을 취하면 시스템이 냉각되어 칼로리나 줄이 손실됩니다. 속도 증가 - 에너지 교환이 증가합니다. 그러나 이 모든 경우에 열량을 계산하면 감지할 수 없을 정도로 매우 작은 값이 표시됩니다. 따라서 열역학 물리학의 표현은 다음과 같습니다. 실생활아니요.
열량 변화에 대한 계산 적용
독자는 아마도 이 모든 것이 매우 교육적이라고 말할 것입니다. 그러나 우리는 왜 학교에서 이러한 공식으로 인해 그토록 고통을 받는가? 이제 우리는 인간 활동의 어떤 영역이 직접적으로 필요한지, 그리고 이것이 일상 생활에서 누구에게나 어떤 영향을 미치는지 예를 들어 보겠습니다.
먼저, 주변을 둘러보고 세어보세요. 주변에 금속 물체가 몇 개나 있습니까? 아마 열 개도 넘을 거예요. 그러나 모든 금속은 클립, 마차, 반지 또는 플래시 드라이브가 되기 전에 제련 과정을 거칩니다. 예를 들어 철광석을 처리하는 각 공장은 비용을 최적화하기 위해 얼마나 많은 연료가 필요한지 이해해야 합니다. 그리고 이를 계산할 때 금속 함유 원료의 열용량과 모든 일이 일어나기 위해 전달되어야 하는 열의 양을 알아야 합니다. 기술 프로세스. 연료 단위로 방출되는 에너지는 줄 또는 칼로리로 계산되므로 공식이 직접 필요합니다.
또는 또 다른 예: 대부분의 슈퍼마켓에는 생선, 고기, 과일 등 냉동 식품을 취급하는 부서가 있습니다. 동물 고기 또는 해산물의 원자재를 반제품으로 변환하는 경우 냉동 및 냉동 장치가 완제품 1톤 또는 단위당 소비하는 전력량을 알아야 합니다. 이렇게 하려면 딸기나 오징어 1kg이 섭씨 1도 냉각될 때 손실되는 열량을 계산해야 합니다. 그리고 결국 이것은 특정 전력의 냉동고가 얼마나 많은 전기를 소비하는지 보여줍니다.
비행기, 배, 기차
위에서 우리는 일정량의 열이 전달되거나 반대로 일정량의 열이 빼앗기는 상대적으로 움직이지 않고 정적인 물체의 예를 보여주었습니다. 작동 중에 온도가 끊임없이 변화하는 조건에서 움직이는 물체의 경우 열량 계산이 또 다른 이유로 중요합니다.
"금속 피로"라는 것이 있습니다. 그것도 최대한 포함해서 허용 하중특정 온도 변화율에서. 습한 열대 지방에서 얼어붙은 상층 대기로 이륙하는 비행기를 상상해 보십시오. 엔지니어들은 온도 변화에 따라 나타나는 금속의 균열로 인해 부서지지 않도록 열심히 노력해야 합니다. 그들은 실제 하중을 견딜 수 있고 안전 여유가 큰 합금 구성을 찾고 있습니다. 그리고 실수로 원하는 구성을 발견하기를 바라면서 맹목적으로 검색하지 않으려면 열량의 변화를 포함하는 계산을 포함하여 많은 계산을 수행해야 합니다.
스토브에서 주전자 또는 물통 중 무엇이 더 빨리 가열됩니까? 대답은 분명합니다 - 주전자입니다. 그렇다면 두 번째 질문은 왜일까요?
대답은 그다지 분명하지 않습니다. 왜냐하면 주전자에 들어있는 물의 질량이 적기 때문입니다. 엄청난. 이제 집에서 직접 실제 신체 체험을 할 수 있습니다. 이렇게 하려면 두 개의 동일한 작은 냄비, 동일한 양의 물과 식물성 기름, 예를 들어 반 리터와 스토브. 같은 불에 기름과 물이 담긴 냄비를 놓습니다. 이제 무엇이 더 빨리 뜨거워지는지 지켜보세요. 액체용 온도계가 있으면 사용해도 되지만, 그렇지 않은 경우에는 수시로 손가락으로 간단히 온도를 테스트해도 되지만 화상을 입지 않도록 주의하세요. 어쨌든 곧 기름이 상당히 뜨거워지는 것을 보게 될 것입니다. 물보다 빠르다. 그리고 경험의 형태로도 구현될 수 있는 질문이 하나 더 있습니다. 더 빨리 끓을 것입니다- 따뜻한 물아니면 추워? 모든 것이 다시 한 번 분명해졌습니다. 따뜻한 사람이 결승선에서 첫 번째가 될 것입니다. 왜 이렇게 이상한 질문과 실험을 하는 걸까요? 결정 물리량, "열량"이라고합니다.
열량
열량은 열 전달 중에 신체가 잃거나 얻는 에너지입니다. 이것은 이름에서 분명합니다. 냉각되면 신체는 일정량의 열을 잃고 가열하면 흡수됩니다. 그리고 우리 질문에 대한 답은 우리에게 보여주었습니다. 열량은 무엇에 달려 있습니까?첫째, 물체의 질량이 클수록 온도를 1도 변화시키는 데 소비해야 하는 열량이 더 커집니다. 둘째, 신체를 가열하는 데 필요한 열량은 신체를 구성하는 물질, 즉 물질의 유형에 따라 다릅니다. 셋째, 열 전달 전후의 체온 차이도 계산에 중요합니다. 위의 내용을 바탕으로 우리는 다음 공식을 사용하여 열량을 결정합니다.
Q=cm(t_2-t_1) ,
여기서 Q는 열량이고,
m - 체중,
(t_2-t_1) - 초기와 최종의 차이 체온,
c는 해당 표에서 찾은 물질의 비열 용량입니다.
이 공식을 사용하면 신체를 가열하는 데 필요한 열량이나 냉각 시 이 신체가 방출하는 열량을 계산할 수 있습니다.
열량은 모든 유형의 에너지와 마찬가지로 줄(1J) 단위로 측정됩니다. 그러나 이 값은 얼마 전부터 도입되었고 사람들은 훨씬 더 일찍 열량을 측정하기 시작했습니다. 그리고 그들은 우리 시대에 널리 사용되는 단위인 칼로리(1칼로리)를 사용했습니다. 1칼로리는 물 1g을 섭씨 1도 가열하는 데 필요한 열량입니다. 이러한 데이터를 바탕으로 자신이 먹는 음식의 칼로리를 계산하는 것을 좋아하는 사람들은 재미로 하루 동안 음식과 함께 소비하는 에너지로 몇 리터의 물을 끓일 수 있는지 계산할 수 있습니다.
