Isı miktarı: kavram, hesaplamalar, uygulama. Isı miktarı, özgül ısı kapasitesi

(veya ısı transferi).

Bir maddenin özgül ısı kapasitesi.

Isı kapasitesi- Bu, 1 derece ısıtıldığında vücut tarafından emilen ısı miktarıdır.

Bir cismin ısı kapasitesi büyük harflerle gösterilir Latince harf İLE.

Bir vücudun ısı kapasitesi neye bağlıdır? Her şeyden önce kütlesinden. Örneğin ısıtmak için 1 kilogram suya ihtiyaç duyulacağı açıktır. daha fazla ısı 200 gram ısıtmak için daha.

Peki maddenin türü? Bir deney yapalım. İki özdeş kap alalım ve birine 400 ağırlığındaki suyu diğerine dökelim - sebze yağı 400 g ağırlığında, aynı ocakları kullanarak ısıtmaya başlayalım. Termometre okumalarını gözlemleyerek yağın hızla ısındığını göreceğiz. Suyu ve yağı aynı sıcaklığa ısıtmak için suyun daha uzun süre ısıtılması gerekir. Ancak suyu ne kadar uzun süre ısıtırsak, büyük miktar brülörden ısı alır.

Bu nedenle aynı kütledeki farklı maddelerin aynı sıcaklığa ısıtılması farklı miktarlarda ısı gerektirir. Bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı ve dolayısıyla ısı kapasitesi, cismi oluşturan maddenin türüne bağlıdır.

Yani örneğin ağırlığı 1 kg olan suyun sıcaklığını 1°C arttırmak için 4200 J kadar bir ısı miktarına ihtiyaç vardır ve aynı kütleyi 1°C ısıtmak gerekir. ayçiçek yağı gereken ısı miktarı 1700 J'dir.

1 kg maddeyi 1 ºС ısıtmak için ne kadar ısı gerektiğini gösteren fiziksel miktara denir spesifik ısı kapasitesi bu maddeden.

Her maddenin kendine ait özısı Latince c harfiyle gösterilir ve kilogram derece başına joule (J/(kg °C)) cinsinden ölçülür.

Aynı maddenin farklı toplanma durumlarında (katı, sıvı ve gaz) özgül ısı kapasitesi farklıdır. Örneğin suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg °C), buzun özgül ısı kapasitesi ise 2100 J/(kg °C); katı haldeki alüminyumun özgül ısı kapasitesi 920 J/(kg - °C) ve sıvı halde - 1080 J/(kg - °C)'dir.

Suyun çok yüksek bir özgül ısı kapasitesine sahip olduğunu unutmayın. Bu nedenle denizlerde ve okyanuslarda yazın ısınan su, havadan büyük miktarda ısı emer. Bu sayede büyük su kütlelerinin yakınında bulunan yerlerde yazlar sudan uzak yerler kadar sıcak geçmez.

Bir cismi ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında serbest bıraktığı ısı miktarının hesaplanması.

Yukarıdakilerden, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarının, cismi oluşturan maddenin türüne (yani özgül ısı kapasitesine) ve cismin kütlesine bağlı olduğu açıktır. Isı miktarının vücut ısısını kaç derece artıracağımıza bağlı olduğu da açıktır.

Bu nedenle, bir cismi ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında onun tarafından salınan ısı miktarını belirlemek için, cismin özgül ısı kapasitesini kütlesiyle ve son ve başlangıç ​​sıcaklıkları arasındaki farkla çarpmanız gerekir:

Q = santimetre (T 2 - T 1 ) ,

Nerede Q- ısı miktarı, C- özgül ısı kapasitesi, M- vücut kütlesi , T 1 - başlangıç ​​sıcaklığı, T 2 — son sıcaklık.

Vücut ısındığında t 2 > T 1 ve bu nedenle Q > 0 . Vücut soğuduğunda t2i< T 1 ve bu nedenle Q< 0 .

Tüm vücudun ısı kapasitesi biliniyorsa İLE, Q formülle belirlenir:

S = C (t 2 - T 1 ) .

Egzersiz yapmak 81.
Fe'nin indirgenmesi sırasında açığa çıkacak ısı miktarını hesaplayın 2 Ç 3 335,1 g demir elde edilirse metalik alüminyum. Cevap: 2543,1 kJ.
Çözüm:
Reaksiyon denklemi:

= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 kJ

335,1 g demir alındığında açığa çıkan ısı miktarının hesaplanması şu orandan yapılır:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1kJ,

burada demirin atom kütlesi 55.85'tir.

Cevap: 2543,1kJ.

Reaksiyonun termal etkisi

Görev 82.
Gazlı etanol C2H5OH, etilen C2H4 (g) ve su buharının etkileşimi yoluyla elde edilebilir. Bu reaksiyonun termokimyasal denklemini önce termal etkisini hesaplayarak yazın. Cevap: -45,76 kJ.
Çözüm:
Reaksiyon denklemi:

C2H4(g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = ?

Standart madde oluşum ısılarının değerleri özel tablolarda verilmiştir. Basit maddelerin oluşum ısılarının geleneksel olarak sıfır olduğu varsayılır. Hess yasasının bir sonucunu kullanarak reaksiyonun termal etkisini hesaplayalım, şunu elde ederiz:

= (C2H5OH) – [ (C2H4) + (H2O)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ

Birikme veya kristal modifikasyon durumlarının yanı sıra termal etkilerin sayısal değerinin kimyasal bileşiklerin sembollerinin yanında gösterildiği reaksiyon denklemlerine termokimyasal denir. Termokimyasal denklemlerde, özellikle belirtilmediği sürece, sabit basınç Qp'deki termal etkilerin değerleri, sistemin entalpisindeki değişime eşit olarak gösterilir. Değer genellikle denklemin sağ tarafında virgül veya noktalı virgülle ayrılmış olarak verilir. Aşağıdaki kısaltmalar kabul edilir toplama durumu maddeler: G- gazlı, Ve- sıvı, İle

Bir reaksiyon sonucunda ısı açığa çıkarsa, o zaman< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C2H4(g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = - 45,76 kJ.

Cevap:- 45,76kJ.

Görev 83.
Aşağıdaki termokimyasal denklemlere dayanarak demir (II) oksidin hidrojen ile indirgenme reaksiyonunun termal etkisini hesaplayın:

a) EO (k) + CO (g) = Fe (k) + C02 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/202 (g) = C02 (g); = -283,0 kJ;
c) H2(g) + 1/202(g) = H20 (g); = -241,83 kJ.
Cevap: +27,99 kJ.

Çözüm:
Demir (II) oksidin hidrojen ile indirgenmesine ilişkin reaksiyon denklemi şu şekildedir:

EeO (k) + H2 (g) = Fe (k) + H20 (g); = ?

= (H2O) – [ (FeO)

Suyun oluşum ısısı denklem ile verilir

H2(g) + 1/202(g) = H20 (g); = -241,83 kJ,

ve demir (II) oksitin oluşum ısısı, denklem (a)'nın denklem (b)'den çıkarılmasıyla hesaplanabilir.

=(c) - (b) - (a) = -241,83 – [-283.o – (-13,18)] = +27,99 kJ.

Cevap:+27,99kJ.

Görev 84.
Gaz halindeki hidrojen sülfür ve karbondioksit etkileşime girdiğinde, su buharı ve karbon disülfür CS2 (g) oluşur. Bu reaksiyonun termokimyasal denklemini yazın ve önce termal etkisini hesaplayın. Cevap: +65,43 kJ.
Çözüm:
G- gazlı, Ve- sıvı, İle-- kristalimsi. Maddelerin toplu durumu açıksa, örneğin O 2, H 2, vb. gibi bu semboller atlanır.
Reaksiyon denklemi:

2H2S(g) + C02(g) = 2H20(g) + CS2(g); = ?

Standart madde oluşum ısılarının değerleri özel tablolarda verilmiştir. Basit maddelerin oluşum ısılarının geleneksel olarak sıfır olduğu varsayılır. Bir reaksiyonun termal etkisi Hess yasasının bir sonucu kullanılarak hesaplanabilir:

= (H20) + (СS2) – [(H2S) + (СO2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.

2H2S(g) + C02(g) = 2H20(g) + CS2(g); = +65,43 kJ.

Cevap:+65,43kJ.

Termokimyasal reaksiyon denklemi

Görev 85.
CO (g) ile hidrojen arasındaki reaksiyonun termokimyasal denklemini yazın, bunun sonucunda CH4 (g) ve H2O (g) oluşur. Bu reaksiyon sırasında 67,2 litre metan elde edilirse ne kadar ısı açığa çıkar? normal koşullar? Cevap: 618,48 kJ.
Çözüm:
Birikme veya kristal modifikasyon durumlarının yanı sıra termal etkilerin sayısal değerinin kimyasal bileşiklerin sembollerinin yanında gösterildiği reaksiyon denklemlerine termokimyasal denir. Termokimyasal denklemlerde, özellikle belirtilmediği sürece, sistemin entalpisindeki değişime eşit sabit Q p basıncındaki termal etkilerin değerleri gösterilir. Değer genellikle denklemin sağ tarafında virgül veya noktalı virgülle ayrılmış olarak verilir. Bir maddenin topaklanma durumu için aşağıdaki kısaltılmış tanımlamalar kabul edilir: G- gazlı, Ve- bir şey, İle- kristal. Maddelerin toplu durumu açıksa, örneğin O 2, H 2, vb. gibi bu semboller atlanır.
Reaksiyon denklemi:

CO (g) + 3H2 (g) = CH4 (g) + H20 (g); = ?

Standart madde oluşum ısılarının değerleri özel tablolarda verilmiştir. Basit maddelerin oluşum ısılarının geleneksel olarak sıfır olduğu varsayılır. Bir reaksiyonun termal etkisi Hess yasasının bir sonucu kullanılarak hesaplanabilir:

= (H20) + (CH4) – (CO)];
= (-241,83) + (-74,84) – (-110,52) = -206,16 kJ.

Termokimyasal denklem şu şekilde olacaktır:

22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x = 67,2 (-206,16)/22a4 = -618,48 kJ; S = 618,48 kJ.

Cevap: 618,48kJ.

Oluşum ısısı

Görev 86.
Reaksiyonun termal etkisi oluşum ısısına eşittir. Aşağıdaki termokimyasal denklemlere dayanarak NO oluşum ısısını hesaplayın:
a) 4NH3(g) + 502(g) = 4NO(g) + 6H20(l); = -1168,80 kJ;
b) 4NH3(g) + 3O2(g) = 2N2(g) + 6H20(l); = -1530,28kJ
Cevap: 90,37 kJ.
Çözüm:
Standart oluşum ısısı, standart koşullar altında bu maddenin 1 molünün basit maddelerden oluşumunun reaksiyon ısısına eşittir (T = 298 K; p = 1.0325.105 Pa). Basit maddelerden NO oluşumu şu şekilde temsil edilebilir:

1/2N 2 + 1/2O 2 = HAYIR

4 mol NO üreten reaksiyon (a) ve 2 mol N2 üreten reaksiyon (b) verilmiştir. Oksijen her iki reaksiyonda da rol oynar. Bu nedenle, NO'nun standart oluşum ısısını belirlemek için aşağıdaki Hess döngüsünü oluştururuz, yani denklem (a)'yı denklem (b)'den çıkarmamız gerekir:

Böylece 1/2N2 + 1/2O2 = NO; = +90,37 kJ.

Cevap: 618,48kJ.

Görev 87.
Kristal amonyum klorür, amonyak ve hidrojen klorür gazlarının reaksiyonu sonucu oluşur. Bu reaksiyonun termokimyasal denklemini önce termal etkisini hesaplayarak yazın. Normal koşullar altında hesaplanan reaksiyonda 10 litre amonyak tüketilirse ne kadar ısı açığa çıkar? Cevap: 78,97 kJ.
Çözüm:
Birikme veya kristal modifikasyon durumlarının yanı sıra termal etkilerin sayısal değerinin kimyasal bileşiklerin sembollerinin yanında gösterildiği reaksiyon denklemlerine termokimyasal denir. Termokimyasal denklemlerde, özellikle belirtilmediği sürece, sistemin entalpisindeki değişime eşit sabit Q p basıncındaki termal etkilerin değerleri gösterilir. Değer genellikle denklemin sağ tarafında virgül veya noktalı virgülle ayrılmış olarak verilir. Aşağıdakiler kabul edildi: İle-- kristalimsi. Maddelerin toplu durumu açıksa, örneğin O 2, H 2, vb. gibi bu semboller atlanır.
Reaksiyon denklemi:

NH3 (g) + HC1 (g) = NH4Cl (k). ; = ?

Standart madde oluşum ısılarının değerleri özel tablolarda verilmiştir. Basit maddelerin oluşum ısılarının geleneksel olarak sıfır olduğu varsayılır. Bir reaksiyonun termal etkisi Hess yasasının bir sonucu kullanılarak hesaplanabilir:

= (NH4Cl) – [(NH3) + (HCl)];
= -315,39 – [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Termokimyasal denklem şu şekilde olacaktır:

Bu reaksiyonda 10 litre amonyağın reaksiyonu sırasında açığa çıkan ısı şu orandan belirlenir:

22,4 : -176,85 = 10 : X; x = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 kJ; S = 78,97 kJ.

Cevap: 78,97kJ.

Bu derste vücudun iç enerjisini ve daha spesifik olarak onu değiştirmenin yollarını incelemeye devam edeceğiz. Bu kez ilgileneceğimiz konu ise ısı transferi olacak. Hangi türlere ayrıldığını, neyle ölçüldüğünü, ısı alışverişi sonucu aktarılan ısı miktarını hangi oranlarla hesaplayabileceğimizi hatırlayacağız, ayrıca bir cismin özgül ısı kapasitesinin tanımını da vereceğiz.

Konu: Termodinamiğin temelleri
Ders: Isı miktarı. Özısı

İlkokuldan bildiğimiz ve son dersimizde de hatırladığımız gibi, bir cismin iç enerjisini değiştirmenin iki yolu vardır: onun üzerinde iş yapmak veya ona belli bir miktar ısı aktarmak. İlk yöntemi zaten geçen dersten biliyorduk, ama aynı zamanda sekizinci sınıf dersinde ikinci yöntem hakkında da çok konuşmuştuk.

Isıyı (ısı veya enerji miktarını) iş yapmadan aktarma işlemine ısı değişimi veya ısı transferi denir. İletim mekanizmalarına göre bildiğimiz gibi üç türe ayrılır:

1. Termal iletkenlik
2. Konveksiyon
3. Radyasyon

Bu işlemlerden birinin bir sonucu olarak vücuda belirli bir miktarda ısı aktarılır ve bu ısının değeri aslında değişir. içsel enerji. Bu miktarı karakterize edelim.

Tanım. Isı miktarı. Tanım - Q. Ölçü birimleri - J. Vücut ısısı değiştiğinde (bu, iç enerjideki değişime eşdeğerdir), bu değişim için harcanan ısı miktarı aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

Burada: - vücut ağırlığı; - vücudun spesifik ısı kapasitesi; - vücut ısısında değişiklik.

Üstelik soğuma sırasında vücudun belli bir miktar ısıdan vazgeçtiğini veya vücuda negatif miktarda ısı aktarıldığını söylüyorlar. Yani vücudun ısınması gözlenirse aktarılan ısı miktarı elbette pozitif olacaktır.

Özel dikkat vücudun özgül ısı kapasitesine göre ödenmesi gerekir.

Tanım. Özısı- Bir kilogram maddenin bir derece ısıtılması için aktarılması gereken ısı miktarına sayısal olarak eşit bir değer. Spesifik ısı kapasitesi, her bir madde için ayrı bir değerdir. Dolayısıyla bu, maddenin ısısının hangi kısmına aktarıldığını bildiğimiz sürece açıkça bilinen bir tablo değeridir.

Özgül ısının SI birimi yukarıdaki denklemden elde edilebilir:

Böylece:

Şimdi belirli bir miktarda ısının transferinin bir maddenin toplanma durumunda bir değişikliğe yol açtığı durumları ele alalım. Bu tür geçişlere erime, kristalleşme, buharlaşma ve yoğunlaşma dendiğini hatırlatalım.

Sıvıdan sıvıya geçiş sırasında sağlam vücut ve tam tersi, ısı miktarı aşağıdaki formülle hesaplanır:

Burada: - vücut ağırlığı; - özısı bir cismin erimesi (bir kilogram maddenin tamamen erimesi için gereken ısı miktarı).

Bir cismi eritmek için belirli bir miktarda ısıyı aktarması gerekir ve yoğunlaşma sırasında vücudun kendisi ısıyı serbest bırakır. çevre belli bir miktar ısı.

Bir sıvıdan gazlı bir gövdeye geçerken ve bunun tersi durumda, ısı miktarı aşağıdaki formülle hesaplanır:

Burada: - vücut ağırlığı; - bir cismin spesifik buharlaşma ısısı (bir kilogram maddenin tamamen buharlaşması için gereken ısı miktarı).

Bir sıvının buharlaşması için belirli bir miktarda ısı aktarması gerekir ve yoğunlaşırken buharın kendisi de belirli bir miktarda ısıyı çevreye salar.

Ayrıca hem kristalleşme ile erimenin hem de yoğunlaşma ile buharlaşmanın sabit bir sıcaklıkta (sırasıyla erime ve kaynama noktaları) gerçekleştiği vurgulanmalıdır (Şekil 1).

Pirinç. 1. Sıcaklığın (Santigrat derece cinsinden) alınan madde miktarına bağımlılığının grafiği ()

Ayrı olarak, belirli bir yakıt kütlesinin yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarının hesaplanmasına dikkat etmek önemlidir:

Burada: - yakıt kütlesi; - yakıtın özgül yanma ısısı (bir kilogram yakıtın yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarı).

Farklı maddeler için spesifik ısı kapasitelerinin alınmasına ek olarak, buna özellikle dikkat edilmelidir. Farklı anlamlar, bu parametre aynı madde için farklı olabilir farklı koşullar. Örneğin, sabit hacimde () meydana gelen ısıtma işlemleri ve sabit basınçta () meydana gelen işlemler için farklı spesifik ısı kapasiteleri ayırt edilir.

Molar ısı kapasitesi ile basitçe ısı kapasitesi arasında da bir ayrım vardır.

Tanım. Molar ısı kapasitesi () - Bir mol maddenin bir derece ısıtılması için gereken ısı miktarı.

Isı kapasitesi (C) - Belirli bir kütleye sahip bir maddenin bir kısmını bir derece ısıtmak için gereken ısı miktarı. Isı kapasitesi ile spesifik ısı kapasitesi arasındaki ilişki:

Bir sonraki derste, iç enerjideki değişimi gazın işi ve aktarılan ısı miktarı ile ilişkilendiren termodinamiğin birinci yasası gibi önemli bir yasaya bakacağız.

Kaynakça

1. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Moleküler fizik. Termodinamik. - M.: Bustard, 2010.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizik 10. sınıf. - M.: Ilexa, 2005.
3. Kasyanov V.A. Fizik 10. sınıf. - M.: Bustard, 2010.

1. Akademisyen () ile ilgili sözlükler ve ansiklopediler.
2. Tt.pstu.ru ().
3. Elementy.ru ().

Ev ödevi

1. Sayfa 83: Sayı 643-646. Fizik. Sorun kitabı. 10-11 sınıflar. Rymkevich A.P. - M.: Bustard, 2013. ()
2. Molar ve spesifik ısı kapasiteleri nasıl ilişkilidir?
3. Pencere yüzeyleri neden bazen buğulanır? Bu durum pencerenin hangi tarafında oluyor?
4. Su birikintileri hangi havalarda daha hızlı kurur: sakin mi yoksa rüzgarlı mı?
5. *Erime sırasında vücuda alınan ısı ne kadara harcanır?

Bilindiği gibi farklı zamanlarda mekanik süreçler değişiklik meydana gelir mekanik enerji K ha. Mekanik enerjideki değişimin bir ölçüsü sisteme uygulanan kuvvetlerin işidir:

\(~\Delta W_(meh) = A.\)

Isı değişimi sırasında vücudun iç enerjisinde bir değişiklik meydana gelir. Isı transferi sırasında iç enerjideki değişimin bir ölçüsü ısı miktarıdır.

Isı miktarı Isı alışverişi sürecinde bir vücudun aldığı (veya bıraktığı) iç enerjideki değişimin bir ölçüsüdür.

Dolayısıyla hem iş hem de ısı miktarı enerjideki değişimi karakterize eder, ancak enerji ile aynı değildir. Sistemin durumunu karakterize etmezler, ancak durum değiştiğinde ve sürecin doğasına önemli ölçüde bağlı olduğunda enerjinin bir türden diğerine (bir vücuttan diğerine) geçiş sürecini belirlerler.

İş ile ısı miktarı arasındaki temel fark, işin, enerjinin bir türden diğerine (mekanikten içe) dönüşümüyle birlikte bir sistemin iç enerjisini değiştirme sürecini karakterize etmesidir. Isı miktarı, enerji dönüşümleri eşlik etmeden, iç enerjinin bir vücuttan diğerine (daha fazla ısıtılmıştan daha az ısıtılmışa) aktarım sürecini karakterize eder.

Deneyimler, bir vücut kütlesini ısıtmak için gereken ısı miktarının M sıcaklıkta T 1 ila sıcaklık T 2, formülle hesaplanır

\(~Q = cm (T_2 - T_1) = cm \Delta T, \qquad (1)\)

Nerede C- maddenin özgül ısı kapasitesi;

\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1))).\)

Özgül ısı kapasitesinin SI birimi kilogram Kelvin başına joule'dür (J/(kg K)).

Özısı C 1 kg ağırlığındaki bir cismi 1 K ısıtmak için verilmesi gereken ısı miktarına sayısal olarak eşittir.

Isı kapasitesi vücut C T sayısal olarak vücut sıcaklığını 1 K değiştirmek için gereken ısı miktarına eşittir:

\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = cm.\)

Bir cismin ısı kapasitesinin SI birimi Kelvin başına joule'dür (J/K).

Sabit sıcaklıkta bir sıvıyı buhara dönüştürmek için bir miktar ısı harcamak gerekir.

\(~Q = Lm, \qquad (2)\)

Nerede L- özgül buharlaşma ısısı. Buhar yoğunlaştığında aynı miktarda ısı açığa çıkar.

Ağırlığındaki kristal bir cismi eritmek için M erime noktasında vücudun ısı miktarını iletmesi gerekir

\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)

Nerede λ - özgül füzyon ısısı. Bir cisim kristalleştiğinde aynı miktarda ısı açığa çıkar.

Bir yakıt kütlesinin tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarı M,

\(~Q = qm, \qquad (4)\)

Nerede Q- özgül yanma ısısı.

Buharlaşma, erime ve yanmanın özgül ısılarının SI birimi kilogram başına joule'dür (J/kg).

Edebiyat

Aksenovich L. A. Fizik lise: Teori. Görevler. Testler: Ders Kitabı. Genel eğitim veren kurumlar için ödenek. çevre, eğitim / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - S. 154-155.

Yazımızın odak noktası ısı miktarıdır. Bu miktar değiştiğinde dönüşen iç enerji kavramını ele alacağız. Ayrıca hesaplamaların uygulanmasına ilişkin bazı örnekleri de göstereceğiz. insan aktivitesi.

Sıcaklık

Herhangi bir kelimeyle anadil Her insanın kendi dernekleri vardır. Onlar kararlı kişisel deneyim ve mantıksız duygular. “Sıcaklık” kelimesini duyduğunuzda genellikle ne düşünürsünüz? Yumuşak battaniye, çalışan pil Merkezi ısıtma ilk olarak kış Güneş ışığı bahar, kedi Ya da bir annenin bakışı, bir dostun teselli edici sözü, zamanında ilgi.

Fizikçiler bununla çok spesifik bir terimi kastediyorlar. Ve özellikle bu karmaşık ama büyüleyici bilimin bazı bölümlerinde çok önemlidir.

Termodinamik

Enerjinin korunumu yasasının dayandığı en basit süreçlerden ayrı olarak ısı miktarını dikkate almaya değmez - hiçbir şey net olmayacaktır. Bu nedenle öncelikle okuyucularımıza bunları hatırlatalım.

Termodinamik, herhangi bir şeyi veya nesneyi çok sayıda temel parçanın (atomlar, iyonlar, moleküller) birleşimi olarak kabul eder. Denklemleri, makro parametreler değiştiğinde bir bütün olarak ve bütünün bir parçası olarak sistemin kolektif durumundaki herhangi bir değişikliği tanımlar. İkincisi, sıcaklığı (T olarak gösterilir), basıncı (P), bileşenlerin konsantrasyonunu (genellikle C) ifade eder.

İçsel enerji

İç enerji oldukça karmaşık bir terimdir ve ısı miktarından bahsetmeden önce anlamının anlaşılması gerekir. Bir nesnenin makroparametrelerinin değeri arttığında veya azaldığında değişen enerjiyi ifade eder ve referans sistemine bağlı değildir. Toplam enerjinin bir parçasıdır. İncelenen şeyin kütle merkezinin hareketsiz olduğu (yani kinetik bileşenin olmadığı) koşullarla çakışır.

Bir kişi bir nesnenin (mesela bir bisikletin) ısındığını veya soğuduğunu hissettiğinde, bu onu oluşturan tüm moleküllerin ve atomların hareket ettiğini gösterir. bu sistem, iç enerjide bir değişiklik yaşadı. Ancak sıcaklığın sabit kalması bu göstergenin korunması anlamına gelmez.

İş ve ısı

Herhangi bir termodinamik sistemin iç enerjisi iki şekilde dönüştürülebilir:

• üzerinde çalışma yaparak;
• Çevre ile ısı alışverişi sırasında.

Bu işlemin formülü şuna benzer:

dU=Q-A, burada U iç enerjidir, Q ısıdır, A iştir.

Okuyucu ifadenin sadeliğine aldanmasın. Yeniden düzenleme Q=dU+A olduğunu gösterir, ancak entropinin (S) eklenmesi formülü dQ=dSxT formuna getirir.

Beri bu durumda Denklem diferansiyel formunu alırsa, ilk ifade de aynısını gerektirir. Daha sonra, incelenen nesneye etki eden kuvvetlere ve hesaplanan parametreye bağlı olarak gerekli oran türetilir.

Termodinamik sisteme örnek olarak metal bir topu ele alalım. Üzerine basarsanız, atarsanız, derin bir kuyuya bırakırsanız bu, üzerinde çalışma yapmak anlamına gelir. Dışarıdan bakıldığında tüm bu zararsız eylemler topa herhangi bir zarar vermeyecek ancak iç enerjisi çok az da olsa değişecektir.

İkinci yöntem ısı değişimidir. Şimdi bu makalenin asıl amacına geliyoruz: ısı miktarının ne olduğunun açıklaması. Bu, ısı değişimi sırasında termodinamik sistemin iç enerjisinde meydana gelen bir değişikliktir (yukarıdaki formüle bakın). Joule veya kalori cinsinden ölçülür. Açıkçası, eğer top bir çakmağın üzerinde, güneşte ya da sadece bir yerde tutulursa sıcak el sonra ısınacaktır. Daha sonra ona iletilen ısı miktarını bulmak için sıcaklıktaki değişimi kullanabilirsiniz.

Gaz neden iç enerjideki değişimin en iyi örneğidir ve okul çocukları neden bu nedenle fiziği sevmiyor?

Yukarıda bir metal topun termodinamik parametrelerindeki değişiklikleri tanımladık. Özel cihazlar olmadan pek fark edilmezler ve okuyucu yalnızca nesnede meydana gelen süreçler hakkında bilgi alabilir. Sistemin gaz olup olmadığı başka bir konudur. Üzerine basın - görünür olacak, ısıtın - basınç artacak, yeraltına inecek - ve kolayca kaydedilebilecek. Bu nedenle ders kitaplarında gaz çoğunlukla görsel bir termodinamik sistem olarak kullanılır.

Ama ne yazık ki çağdaş eğitim gerçek deneyimler pek dikkat edilmiyor. yazan bilim adamı Araç seti, neyden bahsettiğini çok iyi anlıyor Hakkında konuşuyoruz. Ona öyle geliyor ki, gaz molekülleri örneğini kullanarak tüm termodinamik parametreler doğru bir şekilde gösterilecektir. Ancak bu dünyayı yeni keşfeden bir öğrenci, teorik pistonlu ideal bir şişeyi duymaktan sıkılıyor. Eğer okulun gerçek araştırma laboratuvarları olsaydı ve bu laboratuvarlarda çalışmaya saatler ayrılmış olsaydı işler farklı olurdu. Ne yazık ki şu ana kadar deneyler sadece kağıt üzerinde. Ve büyük olasılıkla, insanların bu fizik dalını tamamen teorik, hayattan uzak ve gereksiz bir şey olarak görmelerinin nedeni de budur.

Bu nedenle yukarıda bahsettiğimiz bisikleti örnek olarak kullanmaya karar verdik. Bir kişi pedallara basar ve onlar üzerinde çalışır. Tüm mekanizmaya tork vermenin yanı sıra (bisikletin uzayda hareket etmesi sayesinde), kolların yapıldığı malzemelerin iç enerjisi de değişir. Bisikletçi dönmek için kollara basar ve işi tekrar yapar.

İçsel enerji dış kaplama(plastik veya metal) artar. Bir kişi parlak güneşin altında açıklığa çıkıyor - bisiklet ısınıyor, ısı miktarı değişiyor. Yaşlı bir meşe ağacının gölgesinde dinlenmek için durur ve sistem soğuyarak kalori veya joule kaybeder. Hızı artırır - enerji alışverişini artırır. Ancak tüm bu durumlarda ısı miktarının hesaplanması çok küçük, algılanamayacak bir değer gösterecektir. Bu nedenle termodinamik fiziğin tezahürleri öyle görünüyor ki gerçek hayat HAYIR.

Isı miktarındaki değişiklikler için hesaplamaların uygulanması

Okuyucu muhtemelen tüm bunların çok eğitici olduğunu söyleyecektir, ancak neden okulda bu formüllerle bu kadar eziyet çekiyoruz? Şimdi insan faaliyetinin hangi alanlarında bunlara doğrudan ihtiyaç duyulduğunu ve bunun günlük yaşamdaki herkesi nasıl ilgilendirdiğini örnekler vereceğiz.

Öncelikle etrafınıza bakın ve sayın: Etrafınızda kaç tane metal nesne var? Muhtemelen ondan fazla. Ancak herhangi bir metal, ataş, araba, yüzük veya flash sürücüye dönüşmeden önce eritilmeye tabi tutulur. Örneğin demir cevheri işleyen her tesisin, maliyetleri optimize etmek için ne kadar yakıt gerektiğini anlaması gerekir. Ve bunu hesaplarken, her şeyin gerçekleşmesi için metal içeren hammaddenin ısı kapasitesini ve ona verilmesi gereken ısı miktarını bilmek gerekir. teknolojik süreçler. Bir birim yakıtın açığa çıkardığı enerji joule veya kalori cinsinden hesaplandığından doğrudan formüllere ihtiyaç duyulur.

Veya başka bir örnek: çoğu süpermarkette balık, et, meyve gibi dondurulmuş ürünlerin bulunduğu bir departman vardır. Hayvan eti veya deniz ürünlerinden elde edilen hammaddelerin yarı mamul ürünlere dönüştürüldüğü durumlarda, soğutma ve dondurma ünitelerinin ton veya bitmiş ürün birimi başına ne kadar elektrik tüketeceğini bilmeleri gerekir. Bunu yapmak için, bir kilogram çilek veya kalamarın bir santigrat derece soğutulduğunda ne kadar ısı kaybettiğini hesaplamanız gerekir. Ve sonuçta bu, belirli bir güçteki dondurucunun ne kadar elektrik tüketeceğini gösterecektir.

Uçaklar, gemiler, trenler

Yukarıda, belirli bir miktarda ısının verildiği veya tam tersine belirli bir miktarda ısının alındığı nispeten hareketsiz, statik nesnelerin örneklerini gösterdik. Çalışma sırasında sıcaklığın sürekli değiştiği koşullarda hareket eden nesneler için ısı miktarının hesaplanması başka bir nedenden dolayı önemlidir.

“Metal yorgunluğu” diye bir şey var. Aynı zamanda en üst düzeyde içerir izin verilen yükler belirli bir sıcaklık değişimi oranında. Nemli tropik bölgelerden donmuş üst atmosfere doğru havalanan bir uçak hayal edin. Sıcaklık değiştiğinde metalde ortaya çıkan çatlaklar nedeniyle parçalanmamasını sağlamak için mühendislerin çok çalışması gerekiyor. Gerçek yüklere dayanabilecek ve geniş bir güvenlik marjına sahip bir alaşım bileşimi arıyorlar. Ve körü körüne aramamak için, yanlışlıkla istenen bileşime rastlamayı umarak, ısı miktarındaki değişiklikleri içerenler de dahil olmak üzere birçok hesaplama yapmanız gerekir.