Soojuse kogus. Aine erisoojusmahtuvus

Soojushulga mõiste kujunes välja kaasaegse füüsika arengu algstaadiumis, kui puudusid selged arusaamad mateeria sisestruktuurist, mis on energia, millised energiavormid looduses eksisteerivad ja energiast kui vormist. aine liikumisest ja muundumisest.

Soojushulga all mõistetakse füüsikalist suurust, mis on ekvivalentne soojusvahetuse käigus materiaalsele kehale ülekantava energiaga.

Aegunud soojusühik on kalor, mis on võrdne 4,2 J, täna seda ühikut praktiliselt ei kasutata ja selle asemel on džaul.

Esialgu eeldati, et soojusenergia kandjaks on mingi täiesti kaalutu vedeliku omadustega keskkond. Sellest eeldusest lähtuvalt on lahendatud ja lahendatakse ka praegu arvukalt soojusülekande füüsikalisi probleeme. Hüpoteetilise kalorsuse olemasolu oli paljude sisuliselt õigete konstruktsioonide aluseks. Usuti, et kalorid vabanevad ja neelduvad kuumutamise ja jahutamise, sulamise ja kristalliseerumise nähtustes. Soojusülekande protsesside õiged võrrandid saadi valede füüsikaliste kontseptsioonide põhjal. On teada seadus, mille kohaselt soojushulk on otseselt võrdeline soojusvahetuses osaleva keha massi ja temperatuurigradiendiga:

Kus Q on soojushulk, m on kehamass ja koefitsient Koos– suurus, mida nimetatakse erisoojusvõimsuseks. Erisoojusmaht on protsessis osaleva aine omadus.

Töö termodünaamikas

Termiliste protsesside tulemusena saab teha puhtmehaanilist tööd. Näiteks gaasi soojenemisel suurendab see selle mahtu. Võtame olukorra nagu alloleval pildil:

Sel juhul võrdub mehaaniline töö kolvile avaldatava gaasi rõhu jõuga, mis on korrutatud kolvi rõhu all läbitava teekonnaga. Loomulikult on see kõige lihtsam juhtum. Kuid isegi selles võib märgata üht raskust: survejõud sõltub gaasi mahust, mis tähendab, et tegemist pole mitte konstantide, vaid muutuvate kogustega. Kuna kõik kolm muutujat: rõhk, temperatuur ja maht on omavahel seotud, muutub töö arvutamine oluliselt keerulisemaks. On mõned ideaalsed, lõpmatult aeglased protsessid: isobaarilised, isotermilised, adiabaatilised ja isohoorilised – mille puhul saab selliseid arvutusi teha suhteliselt lihtsalt. Joonistatakse rõhu ja ruumala graafik ja töö arvutatakse vormi integraalina.

Soojusmahtuvus- see on soojushulk, mille keha neelab 1 kraadi võrra kuumutamisel.

Keha soojusmahtuvust tähistab suur ladina täht KOOS.

Millest sõltub keha soojusmahtuvus? Esiteks selle massist. On selge, et näiteks 1 kilogrammi vee soojendamiseks kulub rohkem soojust kui 200 grammi soojendamiseks.

Aga aine tüüp? Teeme katse. Võtame kaks identset anumat ja olles valanud ühte neist 400 g kaaluva vee ja teise 400 g kaaluva taimeõli, hakkame neid identsete põletitega soojendama. Termomeetri näitu jälgides näeme, et õli kuumeneb kiiresti. Vee ja õli samale temperatuurile soojendamiseks tuleb vett soojendada kauem. Kuid mida kauem me vett soojendame, seda rohkem soojust see põletilt saab.

Seega on sama massi erinevate ainete samale temperatuurile kuumutamiseks vaja erinevat soojushulka. Keha soojendamiseks vajalik soojushulk ja seega ka selle soojusmahtuvus sõltuvad aine tüübist, millest keha koosneb.

Näiteks 1 kg kaaluva vee temperatuuri tõstmiseks 1 °C võrra on vaja 4200 J soojushulka ja sama massi päevalilleõli soojendamiseks 1 °C võrra soojushulka, mis võrdub Vaja on 1700 J.

Nimetatakse füüsikalist suurust, mis näitab, kui palju soojust on vaja 1 kg aine kuumutamiseks 1 ºС võrra erisoojusvõimsus sellest ainest.

Igal ainel on oma erisoojusmaht, mida tähistatakse ladina tähega c ja mõõdetakse džaulides kilogrammi kraadi kohta (J/(kg °C)).

Sama aine erisoojusmaht erinevates agregatsiooniolekutes (tahke, vedel ja gaasiline) on erinev. Näiteks vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg °C), jää erisoojusmaht on 2100 J/(kg °C); tahkes olekus alumiiniumi erisoojusmaht on 920 J/(kg - °C) ja vedelas olekus - 1080 J/(kg - °C).

Pange tähele, et vee erisoojusmaht on väga kõrge. Seetõttu neelab suvel soojenev vesi meredes ja ookeanides õhust suurel hulgal soojust. Tänu sellele pole suurte veekogude läheduses asuvates kohtades suvi nii kuum kui veest kaugemal.

Keha soojendamiseks vajaliku või sellest jahutamisel vabaneva soojushulga arvutamine.

Eeltoodust selgub, et keha soojendamiseks vajalik soojushulk sõltub aine tüübist, millest keha koosneb (st selle erisoojusmahutavusest) ja keha massist. Selge on ka see, et soojushulk sõltub sellest, mitu kraadi me kehatemperatuuri tõstame.

Nii et keha soojendamiseks vajaliku või jahutamisel vabaneva soojushulga määramiseks peate korrutama keha erisoojusmahu selle massiga ning selle lõpp- ja algtemperatuuride vahega:

K= cm (t 2 - t 1),

Kus K- soojuse hulk, c- erisoojusvõimsus, m- kehamass, t 1- algtemperatuur, t 2- lõpptemperatuur.

Kui keha kuumeneb t 2> t 1 ning seetõttu K >0 . Kui keha jahtub t 2i< t 1 ning seetõttu K< 0 .

Kui on teada kogu keha soojusmahtuvus KOOS, K määratakse valemiga: Q = C (t 2 - t 1).

22) Sulamine: definitsioon, sulamis- või tahkumissoojushulga arvutamine, sulamiserisoojus, t 0 (Q) graafik.

Termodünaamika

Molekulaarfüüsika haru, mis uurib energia ülekannet, üht tüüpi energia teisenemise mustreid. Erinevalt molekulaarkineetilisest teooriast ei võta termodünaamika arvesse ainete ja mikroparameetrite sisemist struktuuri.

Termodünaamiline süsteem

See on kehade kogum, mis vahetavad energiat (töö või soojuse kujul) omavahel või keskkonnaga. Näiteks veekeetjas olev vesi jahtub ning vee ja veekeetja vahel toimub soojusvahetus ning veekeetja soojus keskkonnaga. Kolvi all olev balloon gaasiga: kolb teeb tööd, mille tulemusena saab gaas energiat ja selle makroparameetrid muutuvad.

Soojuse kogus

See energiat, mille süsteem soojusvahetusprotsessi käigus vastu võtab või vabastab. Tähistatuna sümboliga Q, mõõdetakse seda nagu iga energiat džaulides.

Erinevate soojusvahetusprotsesside tulemusena määratakse ülekantav energia omal moel.

Küte ja jahutamine

Seda protsessi iseloomustab süsteemi temperatuuri muutus. Soojuse hulk määratakse valemiga

Aine erisoojusmahtuvus koos mõõdetakse soojenemiseks vajaliku soojushulgaga massiühikud sellest ainest 1K võrra. 1kg klaasi või 1kg vee soojendamine nõuab erineval hulgal energiat. Erisoojusvõimsus on teadaolev suurus, mis on juba arvutatud kõigi ainete kohta, vaata väärtust füüsikalistes tabelites.

Aine C soojusmahtuvus- see on soojushulk, mis on vajalik keha soojendamiseks, arvestamata selle massi 1K võrra.

Sulamine ja kristalliseerumine

Sulamine on aine üleminek tahkest olekust vedelasse. Vastupidist üleminekut nimetatakse kristalliseerumiseks.

Aine kristallvõre hävitamiseks kulutatud energia määratakse valemiga

Erisoojus on iga aine jaoks teadaolev väärtus, vt väärtust füüsikalistes tabelites.

Aurustumine (aurustamine või keetmine) ja kondenseerumine

Aurustumine on aine üleminek vedelast (tahkest) olekust gaasilisse olekusse. Pöördprotsessi nimetatakse kondenseerumiseks.

Aurustumise erisoojus on iga aine jaoks teadaolev väärtus, vt väärtust füüsikalistes tabelites.

Põlemine

Aine põlemisel eralduv soojushulk

Eripõlemissoojus on iga aine jaoks teadaolev väärtus, vt väärtust füüsikalistes tabelites.

Suletud ja adiabaatiliselt isoleeritud kehade süsteemi korral on soojusbilansi võrrand täidetud. Kõigi soojusvahetuses osalevate kehade poolt antud ja vastuvõetud soojushulkade algebraline summa on võrdne nulliga:

Q1 +Q2 +...+Q n =0

23) Vedelike struktuur. Pinnakiht. Pindpinevusjõud: avaldumisnäited, arvutamine, pindpinevustegur.

Aeg-ajalt võib mis tahes molekul liikuda lähedalasuvasse vabasse kohta. Selliseid hüppeid vedelikes esineb üsna sageli; seetõttu ei ole molekulid seotud kindlate keskustega, nagu kristallides, ja võivad liikuda kogu vedeliku mahu ulatuses. See seletab vedelike voolavust. Tänu tihedale vastasmõjule tihedalt paiknevate molekulide vahel võivad nad moodustada lokaalseid (ebastabiilseid) järjestatud rühmi, mis sisaldavad mitut molekuli. Seda nähtust nimetatakse sulge järjekord(joonis 3.5.1).

Koefitsienti β nimetatakse mahupaisumise temperatuuritegur . See vedelike koefitsient on kümneid kordi suurem kui tahkete ainete puhul. Vee puhul näiteks temperatuuril 20 °C β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, terase puhul β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, kvartsklaasi puhul β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .

Vee soojuspaisumisel on Maa elu jaoks huvitav ja oluline anomaalia. Temperatuuridel alla 4 °C vesi paisub temperatuuri langedes (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Kui vesi külmub, siis see paisub, mistõttu jää jääb jäätuva veekogu pinnal hõljuma. Jää all oleva vee külmumise temperatuur on 0 °C. Tihedamates veekihtides reservuaari põhjas on temperatuur umbes 4 °C. Tänu sellele saab jäätuvate reservuaaride vees eksisteerida elu.

Vedelike kõige huvitavam omadus on nende olemasolu vaba pind . Erinevalt gaasidest ei täida vedelik kogu mahutit, kuhu see valatakse. Vedeliku ja gaasi (või auru) vahel moodustub liides, mis on ülejäänud vedelikuga võrreldes eritingimustes Silmas tuleb pidada, et ülimadala kokkusurutavuse tõttu on tihedamalt pakitud pinnakiht. ei too kaasa märgatavaid muutusi vedeliku mahus. Kui molekul liigub pinnalt vedelikku, teevad molekulidevahelise interaktsiooni jõud positiivset tööd. Vastupidi, selleks, et tõmmata teatud arv molekule vedeliku sügavusest pinnale (st suurendada vedeliku pindala), peavad välised jõud tegema positiivset tööd Δ A väline, võrdeline muutusega Δ S pindala:

Mehaanikast on teada, et süsteemi tasakaaluseisundid vastavad selle potentsiaalse energia minimaalsele väärtusele. Sellest järeldub, et vedeliku vaba pind kipub oma pindala vähendama. Sel põhjusel omandab vaba vedelikutilk sfäärilise kuju. Vedelik käitub nii, nagu tõmbaksid (tõmbaksid) selle pinda kokku (tõmbaksid) selle pinnale puutuvad jõud. Neid jõude nimetatakse pindpinevusjõud .

Pindpinevusjõudude olemasolu muudab vedeliku pinna elastse venitatud kile sarnaseks, ainsa erinevusega, et elastsusjõud kiles sõltuvad selle pindalast (st kile deformeerumisest) ja pindpinevusest. jõud ei sõltu vedeliku pinnal.

Mõned vedelikud, näiteks seebivesi, võivad moodustada õhukesi kilesid. Tuntud seebimullid on korrapärase sfäärilise kujuga – see näitab ka pindpinevusjõudude mõju. Kui traatraam, mille üks külg on liigutatav, lastakse seebilahusesse, kaetakse kogu raam vedelikukilega (joonis 3.5.3).

Pindpinevusjõud kipuvad vähendama kile pinda. Raami liikuva külje tasakaalustamiseks tuleb sellele rakendada välist jõudu, kui jõu mõjul liigub põiklatt Δ võrra x, siis tehakse töö Δ A vn = F vn Δ x = Δ E lk = σΔ S, kus Δ S = 2LΔ x– seebikile mõlema külje pindala suurenemine. Kuna jõudude ja moodulid on samad, võime kirjutada:

Seega saab pindpinevuskoefitsienti σ määratleda kui pinda piirava joone pikkuse ühiku kohta mõjuva pindpinevusjõu moodul.

Pindpinevusjõudude toimel vedelikutilkades ja seebimullides tekib ülerõhk Δ lk. Kui lõikate mõttes sfäärilise raadiuse tilka R kaheks pooleks, siis peavad mõlemad olema tasakaalus pindpinevusjõudude toimel, mis on rakendatud lõikepiirile pikkusega 2π R ja pindalale π mõjuvad ülerõhujõud R 2 sektsiooni (joonis 3.5.4). Tasakaalutingimus on kirjutatud kujul

Kui need jõud on suuremad kui vedeliku enda molekulide vastasmõju jõud, siis vedeliku enda vahel märjad tahke aine pind. Sel juhul läheneb vedelik tahke aine pinnale teatud teravnurga θ all, mis on iseloomulik antud vedelik-tahke paarile. Nurka θ nimetatakse kontaktnurk . Kui vedelate molekulide vastasmõju jõud ületab nende vastasmõju tahkete molekulidega, osutub kontaktnurk θ nüriks (joonis 3.5.5). Sel juhul öeldakse, et vedelik ei niisuta tahke aine pind. Kell täielik niisutamineθ = 0, at täielik mittemärgumineθ = 180°.

Kapillaaride nähtused nimetatakse vedeliku tõusuks või languseks väikese läbimõõduga torudes - kapillaarid. Niisuvad vedelikud tõusevad läbi kapillaaride, mittemärguvad vedelikud laskuvad alla.

Joonisel fig. 3.5.6 näitab teatud raadiusega kapillaartoru r, langetatakse alumisest otsast niisutavaks vedelikuks tihedusega ρ. Kapillaari ülemine ots on avatud. Vedeliku tõus kapillaaris jätkub seni, kuni kapillaaris olevale vedelikusambale mõjuv gravitatsioonijõud muutub suuruselt võrdseks resultaadiga. F n pindpinevusjõud, mis toimivad piki vedeliku kokkupuute piiri kapillaari pinnaga: F t = F n, kus F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

See tähendab:

Täieliku mitteniiskumise korral θ = 180°, cos θ = –1 ja seetõttu h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Vesi niisutab peaaegu täielikult puhta klaasipinna. Vastupidi, elavhõbe ei niisuta klaasi pinda täielikult. Seetõttu langeb elavhõbeda tase klaaskapillaaris anuma tasemest allapoole.

24) Aurustumine: määratlus, liigid (aurustamine, keetmine), aurustumise ja kondenseerumise soojushulga arvutamine, aurustumiserisoojus.

Aurustumine ja kondenseerumine. Aurustumise nähtuse seletus aine molekulaarstruktuuri ideede põhjal. Aurustumise erisoojus. Selle üksused.

Vedeliku auruks muutumise nähtust nimetatakse aurustamine.

Aurustumine - avatud pinnalt toimuv aurustumisprotsess.

Vedelikud molekulid liiguvad erineva kiirusega. Kui mõni molekul satub vedeliku pinnale, võib see ületada naabermolekulide külgetõmbe ja vedelikust välja lennata. Väljapaisatud molekulid moodustavad auru. Ülejäänud vedeliku molekulid muudavad kokkupõrkel kiirust. Samal ajal omandavad mõned molekulid piisava kiiruse, et vedelikust välja lennata. See protsess jätkub, nii et vedelikud aurustuvad aeglaselt.

*Aurumiskiirus sõltub vedeliku tüübist. Need vedelikud, mille molekule tõmmatakse väiksema jõuga, aurustuvad kiiremini.

*Aurustumine võib toimuda igal temperatuuril. Kuid kõrgel temperatuuril toimub aurustumine kiiremini .

*Aurumiskiirus sõltub selle pindalast.

*Tuulega (õhuvooluga) toimub aurustumine kiiremini.

Aurustumise käigus siseenergia väheneb, sest Aurustumise käigus väljub vedelik kiiretest molekulidest, mistõttu ülejäänud molekulide keskmine kiirus väheneb. See tähendab, et kui väljast ei tule energia sissevoolu, siis vedeliku temperatuur langeb.

Auru vedelikuks muutumise nähtust nimetatakse kondensatsioon. Sellega kaasneb energia vabanemine.

Auru kondenseerumine seletab pilvede teket. Maapinnast kõrgemale tõusev veeaur moodustab ülemistes külmades õhukihtides pilved, mis koosnevad tillukestest veepiiskadest.

Aurustumise erisoojus - füüsiline väärtus, mis näitab, kui palju soojust on vaja 1 kg kaaluva vedeliku muutmiseks auruks ilma temperatuuri muutmata.

Ud. aurustumissoojus tähistatakse tähega L ja mõõdetakse J/kg

Ud. vee aurustumissoojus: L=2,3×10 6 J/kg, alkohol L=0,9×10 6

Vedeliku auruks muutmiseks vajalik soojushulk: Q = Lm

« Füüsika – 10. klass"

Millistes protsessides toimuvad aine agregeeritud muundumised?
Kuidas saate muuta aine agregatsiooni olekut?

Iga keha siseenergiat saate muuta, tehes tööd, soojendades või vastupidi jahutades.
Nii et metalli sepistamisel tehakse tööd ja see kuumeneb, samal ajal saab metalli kuumutada põleva leegi kohal.

Samuti, kui kolb on fikseeritud (joon. 13.5), siis gaasi maht kuumutamisel ei muutu ja tööd ei tehta. Kuid gaasi temperatuur ja seega ka selle siseenergia tõuseb.

Sisemine energia võib suureneda ja väheneda, seega võib soojushulk olla positiivne või negatiivne.

Nimetatakse protsessi, mille käigus toimub energia ülekandmine ühest kehast teise ilma tööd tegemata soojusvahetus.

Siseenergia muutuse kvantitatiivset mõõdikut soojusülekande ajal nimetatakse soojuse hulk.

Soojusülekande molekulaarpilt.

Soojusvahetusel kehadevahelisel piiril toimub külma keha aeglaselt liikuvate molekulide vastastikmõju kuuma keha kiiresti liikuvate molekulidega. Selle tulemusena võrdsustuvad molekulide kineetilised energiad ja külma keha molekulide kiirused suurenevad ning kuuma keha omad vähenevad.

Soojusvahetuse käigus ei muundu energia ühest vormist teise, osa rohkem kuumenenud keha siseenergiast kandub üle vähem kuumutatud kehale.

Soojushulk ja soojusmahtuvus.

Teate juba, et keha massiga m kuumutamiseks temperatuurist t 1 temperatuurini t 2 on vaja sellele üle kanda teatud kogus soojust:

Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13,5)

Kui keha jahtub, osutub selle lõpptemperatuur t 2 madalamaks algtemperatuurist t 1 ja keha poolt eraldatud soojushulk on negatiivne.

Koefitsienti c valemis (13.5) nimetatakse erisoojusvõimsus ained.

Erisoojus- see on kogus, mis on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mille 1 kg kaaluv aine saab või eraldab, kui selle temperatuur muutub 1 K võrra.

Gaaside erisoojusmahtuvus sõltub soojusülekande protsessist. Kui soojendate gaasi konstantsel rõhul, siis see paisub ja hakkab tööle. Gaasi kuumutamiseks 1 °C võrra konstantsel rõhul peab see üle kandma rohkem soojust kui konstantsel mahul kuumutamisel, kui gaas ainult soojeneb.

Vedelikud ja tahked ained paisuvad kuumutamisel veidi. Nende erisoojusvõimsused konstantse mahu ja rõhu juures erinevad vähe.

Aurustumise erisoojus.

Vedeliku keemisprotsessi ajal auruks muutmiseks tuleb sellele üle kanda teatud kogus soojust. Vedeliku temperatuur keemisel ei muutu. Vedeliku muutumine auruks konstantsel temperatuuril ei too kaasa molekulide kineetilise energia suurenemist, vaid sellega kaasneb nende interaktsiooni potentsiaalse energia suurenemine. Lõppude lõpuks on gaasimolekulide keskmine kaugus palju suurem kui vedelate molekulide vahel.

Nimetatakse kogust, mis on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis on vajalik 1 kg kaaluva vedeliku konstantsel temperatuuril auruks muutmiseks. eriline aurustumissoojus.

Vedeliku aurustumisprotsess toimub mis tahes temperatuuril, samas kui kiireimad molekulid lahkuvad vedelikust ja see jahtub aurustumisel. Aurustumise erisoojus on võrdne aurustumissoojusega.

Seda väärtust tähistatakse tähega r ja väljendatakse džaulides kilogrammi kohta (J/kg).

Vee erisoojus on väga suur: r H20 = 2,256 10 6 J/kg temperatuuril 100 °C. Teiste vedelike, näiteks alkoholi, eetri, elavhõbeda, petrooleumi puhul on erisoojus 3-10 korda väiksem kui vee erisoojus.

Vedeliku massiga m auruks muutmiseks on vaja soojust, mis on võrdne:

Q p = rm. (13.6)

Auru kondenseerumisel eraldub sama palju soojust:

Q k = -rm. (13,7)

Eriline sulamissoojus.

Kui kristalne keha sulab, läheb kogu sellele antav soojus molekulidevahelise interaktsiooni potentsiaalse energia suurendamiseks. Molekulide kineetiline energia ei muutu, kuna sulamine toimub konstantsel temperatuuril.

Väärtust, mis on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis on vajalik sulamistemperatuuril 1 kg kaaluva kristalse aine vedelikuks muutmiseks. eriline sulamissoojus ja tähistatakse tähega λ.

1 kg kaaluva aine kristalliseerumisel eraldub täpselt sama palju soojust, kui sulamisel neeldub.

Jää sulamise erisoojus on üsna kõrge: 3,34 10 5 J/kg.

«Kui jääl poleks kõrge sulamissoojus, siis kevadel peaks kogu jäämass mõne minuti või sekundiga sulama, kuna õhust kandub jääle pidevalt soojust. Selle tagajärjed oleksid kohutavad; tekivad ju ka praeguses olukorras suured üleujutused ja tugevad veevoolud suurte jää- või lumemasside sulamisel.» R. Must, XVIII sajand.

Kristallilise keha massiga m sulatamiseks on vaja soojust, mis on võrdne:

Qpl = λm. (13,8)

Keha kristalliseerumisel vabanev soojushulk on võrdne:

Q cr = -λm (13,9)

Soojusbilansi võrrand.

Vaatleme soojusvahetust mitmest algselt erineva temperatuuriga kehast koosneva süsteemi sees, näiteks anumas oleva vee ja vette lastud kuuma raudkuuli vahelist soojusvahetust. Vastavalt energia jäävuse seadusele on ühe keha poolt eraldatud soojushulk arvuliselt võrdne teise keha poolt vastuvõetud soojushulgaga.

Antud soojushulk loetakse negatiivseks, saadud soojushulk positiivseks. Seetõttu on soojuse koguhulk Q1 + Q2 = 0.

Kui soojusvahetus toimub isoleeritud süsteemis mitme keha vahel, siis

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)

Nimetatakse võrrandit (13.10). soojusbilansi võrrand.

Siin on Q 1 Q 2, Q 3 kehade poolt vastuvõetud või eraldatud soojushulgad. Need soojushulgad väljendatakse valemiga (13.5) või valemitega (13.6)-(13.9), kui soojusvahetusprotsessi käigus toimuvad aine erinevad faasimuutused (sulamine, kristalliseerumine, aurustumine, kondenseerumine).

(või soojusülekanne).

Aine erisoojusmahtuvus.

Soojusmahtuvus- see on soojushulk, mille keha neelab 1 kraadi võrra kuumutamisel.

Keha soojusmahtuvust tähistab suur ladina täht KOOS.

Millest sõltub keha soojusmahtuvus? Esiteks selle massist. On selge, et näiteks 1 kilogrammi vee soojendamiseks kulub rohkem soojust kui 200 grammi soojendamiseks.

Seega sama massi erinevate ainete samale temperatuurile kuumutamine nõuab erinevat soojushulka. Keha soojendamiseks vajalik soojushulk ja seega ka selle soojusmahtuvus sõltuvad aine tüübist, millest keha koosneb.

Näiteks 1 kg kaaluva vee temperatuuri tõstmiseks 1 °C võrra on vaja 4200 J soojushulka ja sama massi päevalilleõli soojendamiseks 1 °C võrra soojushulka, mis võrdub Vaja on 1700 J.

Nimetatakse füüsikalist suurust, mis näitab, kui palju soojust on vaja 1 kg aine kuumutamiseks 1 ºС võrra erisoojusvõimsus sellest ainest.

Igal ainel on oma erisoojusmaht, mida tähistatakse ladina tähega c ja mõõdetakse džaulides kilogrammi kraadi kohta (J/(kg °C)).

Keha soojendamiseks vajaliku või sellest jahutamisel vabaneva soojushulga arvutamine.

Nii et keha soojendamiseks vajaliku või jahutamisel vabaneva soojushulga määramiseks peate korrutama keha erisoojusmahu selle massiga ning selle lõpp- ja algtemperatuuride vahega:

K = cm (t 2 - t 1 ) ,

Kus K- soojuse hulk, c— erisoojusvõimsus, m- kehamass , t 1 — algtemperatuur, t 2 - lõpptemperatuur.

Kui keha kuumeneb t 2 > t 1 ning seetõttu K > 0 . Kui keha jahtub t 2i< t 1 ning seetõttu K< 0 .

Kui on teada kogu keha soojusmahtuvus KOOS, K määratakse valemiga:

Q = C (t 2 - t 1 ) .

Gaasi siseenergiat balloonis saad muuta mitte ainult tööd tehes, vaid ka gaasi soojendades (joonis 43). Kui kolb fikseerida, siis gaasi maht ei muutu, küll aga tõuseb temperatuur ja seega ka siseenergia.
Energia ülekandmist ühelt kehalt teisele ilma tööd tegemata nimetatakse soojusvahetuseks või soojusülekandeks.

Soojusvahetuse tulemusena kehale ülekantavat energiat nimetatakse soojushulgaks. Soojushulka nimetatakse ka energiaks, mida keha soojusvahetuse käigus eraldab.

Soojusülekande molekulaarpilt. Soojusvahetusel kehadevahelisel piiril toimub külma keha aeglaselt liikuvate molekulide vastastikmõju kuuma keha kiiremini liikuvate molekulidega. Selle tulemusena võrdsustuvad molekulide kineetilised energiad ja külma keha molekulide kiirused suurenevad ning kuuma keha omad vähenevad.

Soojusvahetuse käigus energia ühest vormist teise ei muundu: osa kuuma keha siseenergiast kandub üle külma kehasse.

Soojushulk ja soojusmahtuvus. VII klassi füüsikakursusest on teada, et keha massiga m kuumutamiseks temperatuurist t 1 temperatuurini t 2 on vaja seda teavitada soojushulgast.

Q = cm(t 2 – t 1) = cmΔt. (4.5)

Kui keha jahtub, on selle igavene temperatuur t 2 väiksem algtemperatuurist t 1 ja keha poolt eraldatud soojushulk on negatiivne.
Koefitsienti c valemis (4.5) nimetatakse erisoojusvõimsus. Erisoojusmahtuvus on soojushulk, mille 1 kg ainet saab või eraldub, kui selle temperatuur muutub 1 K võrra.

Erisoojusmahtuvust väljendatakse džaulides, jagatud kilogrammiga, korrutatuna kelviniga. Erinevad kehad vajavad temperatuuri tõstmiseks 1 K võrra erinevat energiahulka. Seega on vee erisoojusmahtuvus 4190 J/(kg K), vasel aga 380 J/(kg K).

Erisoojusmahtuvus ei sõltu mitte ainult aine omadustest, vaid ka protsessist, mille käigus soojusülekanne toimub. Kui soojendate gaasi konstantsel rõhul, siis see paisub ja hakkab tööle. Gaasi kuumutamiseks 1 °C võrra konstantsel rõhul tuleb sellele üle kanda rohkem soojust kui konstantsel ruumalal kuumutamiseks.

Vedelad ja tahked kehad paisuvad kuumutamisel veidi ning nende erisoojusmahud konstantsel ruumalal ja konstantsel rõhul erinevad vähe.

Aurustumise erisoojus. Vedeliku auruks muutmiseks tuleb sellele üle kanda teatud kogus soojust. Vedeliku temperatuur selle transformatsiooni käigus ei muutu. Vedeliku muutumine auruks konstantsel temperatuuril ei too kaasa molekulide kineetilise energia suurenemist, vaid sellega kaasneb nende potentsiaalse energia suurenemine. Lõppude lõpuks on gaasimolekulide keskmine kaugus mitu korda suurem kui vedelate molekulide vahel. Lisaks nõuab mahu suurenemine aine üleminekul vedelast olekust gaasilisse olekusse tööd väliste survejõudude vastu.

Soojushulka, mis on vajalik 1 kg vedeliku muutmiseks auruks konstantsel temperatuuril, nimetatakse aurustumiserisoojuseks. Seda kogust tähistatakse tähega r ja väljendatakse džaulides kilogrammi kohta.

Vee erisoojus on väga suur: 2,256 · 10 6 J/kg temperatuuril 100°C. Teiste vedelike (alkohol, eeter, elavhõbe, petrooleum jne) puhul on aurustumise erisoojus 3-10 korda väiksem.

Vedeliku massiga m auruks muutmiseks on vaja soojust, mis on võrdne:

Auru kondenseerumisel eraldub sama palju soojust

Q k = –rm. (4.7)

Eriline sulamissoojus. Kui kristalne keha sulab, läheb kogu sellele antav soojus molekulide potentsiaalse energia suurendamiseks. Molekulide kineetiline energia ei muutu, kuna sulamine toimub konstantsel temperatuuril.

Soojushulka λ (lambda), mis on vajalik 1 kg kristalse aine muutmiseks sulamistemperatuuril samal temperatuuril vedelikuks, nimetatakse sulamiserisoojuseks.

1 kg aine kristalliseerumisel eraldub täpselt sama palju soojust. Jää sulamise erisoojus on üsna kõrge: 3,4 · 10 5 J/kg.

Kristallilise keha massiga m sulatamiseks on vaja soojust, mis on võrdne:

Qpl = λm. (4.8)

Keha kristalliseerumisel vabanev soojushulk on võrdne:

Q cr = – λm. (4.9)

1. Kuidas nimetatakse soojushulka? 2. Millest sõltub ainete erisoojusmahtuvus? 3. Mida nimetatakse aurustumise erisoojuseks? 4. Kuidas nimetatakse sulamise erisoojust? 5. Millistel juhtudel on ülekantud soojushulk negatiivne?