Вътрешната енергия на една термодинамична система може да се промени по два начина:

1. правя над системна работа,
2. използване на термично взаимодействие.

Предаването на топлина към тялото не е свързано с извършването на макроскопична работа върху тялото. IN в такъв случайПромяната във вътрешната енергия се дължи на факта, че отделни молекули на тяло с по-висока температура работят върху някои молекули на тяло с по-ниска температура. В този случай топлинното взаимодействие се осъществява поради топлопроводимостта. Преносът на енергия също е възможен с помощта на радиация. Системата от микроскопични процеси (отнасящи се не до цялото тяло, а до отделни молекули) се нарича топлообмен. Количеството енергия, което се предава от едно тяло на друго в резултат на топлообмен, се определя от количеството топлина, което се предава от едно тяло на друго.

Определение

Топлинае енергията, която се получава (или отдава) от тялото в процеса на топлообмен с околните тела (околна среда). Символът за топлина обикновено е буквата Q.

Това е една от основните величини в термодинамиката. Топлината е включена в математическите изрази на първия и втория закон на термодинамиката. Твърди се, че топлината е енергия под формата на молекулярно движение.

Топлината може да бъде предадена на системата (тялото) или може да бъде взета от нея. Смята се, че ако топлината се предава на системата, тогава тя е положителна.

Формула за изчисляване на топлината при промяна на температурата

Означаваме елементарното количество топлина като . Нека отбележим, че елементът топлина, който системата получава (отдава) с малка промяна в състоянието си, не е пълен диференциал. Причината за това е, че топлината е функция на процеса на промяна на състоянието на системата.

Елементарното количество топлина, което се предава на системата и температурата се променя от T до T+dT, е равно на:

където С е топлинният капацитет на тялото. Ако въпросното тяло е хомогенно, тогава формула (1) за количеството топлина може да бъде представена като:

където е специфичният топлинен капацитет на тялото, m е масата на тялото, е моларният топлинен капацитет, е моларният маса на веществото, е броят молове на веществото.

Ако тялото е хомогенно и топлинният капацитет се счита за независим от температурата, тогава количеството топлина (), което тялото получава, когато температурата му се повиши с количество, може да се изчисли като:

където t 2, t 1 телесна температура преди и след нагряване. Моля, обърнете внимание, че когато намирате разликата () в изчисленията, температурите могат да бъдат заменени както в градуси по Целзий, така и в келвини.

Формула за количеството топлина по време на фазови преходи

Преходът от една фаза на веществото в друга е придружен от поглъщане или отделяне на определено количество топлина, което се нарича топлина на фазов преход.

Така че, за да прехвърлите елемент на материята от твърдо състояние в течност, трябва да му се даде количество топлина (), равно на:

където е специфичната топлина на топене, dm е елементът на телесната маса. Трябва да се има предвид, че тялото трябва да има температура, равна на точката на топене на въпросното вещество. По време на кристализацията се отделя топлина, равна на (4).

Количеството топлина (топлина на изпарение), необходимо за превръщане на течността в пара, може да се намери като:

където r е специфичната топлина на изпарение. Когато парата кондензира, се отделя топлина. Топлината на изпарение е равна на топлината на кондензация на равни маси вещество.

Единици за измерване на количеството топлина

Основната единица за измерване на количеството топлина в системата SI е: [Q]=J

Извънсистемна единица за топлина, която често се среща в технически изчисления. [Q]=кал (калория). 1 кал=4,1868 J.

Примери за решаване на проблеми

Пример

Упражнение.Какви обеми вода трябва да се смесят, за да се получат 200 литра вода при температура t = 40C, ако температурата на една маса вода е t 1 = 10 C, температурата на втората маса вода е t 2 = 60 C ?

Решение.Нека напишем уравнението на топлинния баланс във формата:

където Q=cmt е количеството топлина, получено след смесване на водата; Q 1 = cm 1 t 1 - количеството топлина на част от водата с температура t 1 и маса m 1; Q 2 = cm 2 t 2 - количеството топлина на част от водата с температура t 2 и маса m 2.

От уравнение (1.1) следва:

Когато комбинираме студена (V 1) и гореща (V 2) части вода в един обем (V), можем да приемем, че:

И така, получаваме система от уравнения:

След като го решим, получаваме:

Както е известно, по време на различни механични процеси настъпва промяна в механичната енергия Умех. Мярка за промяната в механичната енергия е работата на силите, приложени към системата:

\(~\Делта W_(meh) = A.\)

По време на топлообмена настъпва промяна във вътрешната енергия на тялото. Мярка за промяната на вътрешната енергия по време на пренос на топлина е количеството топлина.

Количество топлинае мярка за промяната във вътрешната енергия, която тялото получава (или отдава) по време на процеса на топлообмен.

По този начин както работата, така и количеството топлина характеризират промяната в енергията, но не са идентични с енергията. Те не характеризират състоянието на самата система, но определят процеса на преход на енергия от един вид към друг (от едно тяло към друго), когато състоянието се промени и значително зависи от естеството на процеса.

Основната разлика между работата и количеството топлина е, че работата характеризира процеса на промяна на вътрешната енергия на системата, придружен от трансформация на енергия от един вид в друг (от механична към вътрешна). Количеството топлина характеризира процеса на прехвърляне на вътрешна енергия от едно тяло към друго (от по-нагрято към по-малко нагрято), което не е придружено от енергийни трансформации.

Опитът показва, че количеството топлина, необходимо за загряване на телесна маса мна температурата T 1 до температура T 2, изчислено по формулата

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

Където ° С- специфичен топлинен капацитет на веществото;

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

Единицата SI за специфичен топлинен капацитет е джаул на килограм Келвин (J/(kg K)).

Специфична топлина ° Се числено равно на количеството топлина, което трябва да се предаде на тяло с тегло 1 kg, за да се нагрее с 1 K.

Топлинен капацитеттяло ° С T е числено равно на количеството топлина, необходимо за промяна на телесната температура с 1 K:

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

Единицата SI за топлинен капацитет на тялото е джаул на Келвин (J/K).

За да се превърне течност в пара при постоянна температура, е необходимо да се изразходва известно количество топлина

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

Където Л- специфична топлина на изпарение. Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина.

За да се стопи кристално тяло с тегло мпри точката на топене тялото трябва да съобщи количеството топлина

\(~Q = \ламбда m, \qquad (3)\)

Където λ - специфична топлина на топене. Когато едно тяло кристализира, се отделя същото количество топлина.

Количеството топлина, отделено по време на пълното изгаряне на маса гориво м,

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

Където р- специфична топлина на изгаряне.

Единицата SI за специфични топлина на изпаряване, топене и изгаряне е джаул на килограм (J/kg).

Литература

Аксенович Л. А. Физика в гимназия: Теория. Задачи. Тестове: Учебник. надбавка за институции, предоставящи общо образование. среда, образование / Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракина, К. С. Фарино; Ед. К. С. Фарино. - Мн.: Адукация и изява, 2004. - С. 154-155.

« Физика - 10 клас"

При какви процеси протичат агрегатните преобразувания на материята?
Как можете да промените агрегатното състояние на дадено вещество?

Можете да промените вътрешната енергия на всяко тяло, като извършвате работа, нагрявате или, обратно, охлаждате го.
И така, при изковаване на метал се извършва работа и той се нагрява, в същото време металът може да се нагрява върху горящ пламък.

Освен това, ако буталото е фиксирано (фиг. 13.5), тогава обемът на газа не се променя при нагряване и не се извършва работа. Но температурата на газа и следователно вътрешната му енергия се увеличава.

Вътрешната енергия може да се увеличава и намалява, така че количеството топлина може да бъде положително или отрицателно.

Процесът на предаване на енергия от едно тяло на друго без извършване на работа се нарича топлообмен.

Количествената мярка за промяната на вътрешната енергия по време на пренос на топлина се нарича количество топлина.

Молекулярна картина на топлообмена.

По време на топлообмен на границата между телата възниква взаимодействието на бавно движещи се молекули на студено тяло с бързо движещи се молекули на горещо тяло. В резултат на това кинетичните енергии на молекулите се изравняват и скоростите на молекулите на студено тяло се увеличават, а тези на нагорещено тяло намаляват.

По време на топлообмена енергията не се преобразува от една форма в друга; част от вътрешната енергия на по-нагрято тяло се прехвърля към по-малко нагрято тяло.

Количество топлина и топлинен капацитет.

Вече знаете, че за да се нагрее тяло с маса m от температура t 1 до температура t 2, е необходимо да му се предаде известно количество топлина:

Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)

Когато тялото се охлади, неговата крайна температура t 2 се оказва по-ниска от началната температура t 1 и количеството топлина, отделено от тялото, е отрицателно.

Коефициентът c във формула (13.5) се нарича специфичен топлинен капацитетвещества.

Специфична топлина- това е количество, числено равно на количеството топлина, което вещество с тегло 1 kg получава или отделя, когато температурата му се промени с 1 K.

Специфичният топлинен капацитет на газовете зависи от процеса, чрез който се осъществява преносът на топлина. Ако нагреете газ при постоянно налягане, той ще се разшири и ще върши работа. За да се нагрее газ с 1 °C при постоянно налягане, той трябва да бъде даден голямо количествотоплина, отколкото за нагряването му при постоянен обем, когато газът само ще се нагрява.

Течностите и твърдите вещества се разширяват леко при нагряване. Техните специфични топлинни мощности при постоянен обем и постоянно налягане се различават малко.

Специфична топлина на изпарение.

За да се превърне течността в пара по време на процеса на кипене, трябва да й се предаде определено количество топлина. Температурата на течността не се променя, когато кипи. Превръщането на течността в пара при постоянна температура не води до увеличаване на кинетичната енергия на молекулите, но е съпроводено с увеличаване на потенциалната енергия на тяхното взаимодействие. В крайна сметка средното разстояние между молекулите на газа е много по-голямо, отколкото между молекулите на течността.

Количество, числено равно на количеството топлина, необходимо за превръщане на течност с тегло 1 kg в пара при постоянна температура, се нарича специфична топлинаизпаряване.

Процесът на изпаряване на течност протича при всяка температура, докато най-бързите молекули напускат течността и тя се охлажда по време на изпаряване. Специфичната топлина на изпарение е равна на специфичната топлина на изпарение.

Тази стойност се обозначава с буквата r и се изразява в джаули на килограм (J/kg).

Специфичната топлина на изпаряване на водата е много висока: r H20 = 2,256 10 6 J/kg при температура 100 °C. За други течности, например алкохол, етер, живак, керосин, специфичната топлина на изпаряване е 3-10 пъти по-малка от тази на водата.

За да се превърне течност с маса m в пара, е необходимо количество топлина, равно на:

Q p = rm. (13.6)

Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина:

Q k = -rm. (13.7)

Специфична топлина на топене.

Когато кристално тяло се стопи, цялата топлина, която му се подава, отива за увеличаване на потенциалната енергия на взаимодействие между молекулите. Кинетичната енергия на молекулите не се променя, тъй като топенето се извършва при постоянна температура.

Стойност, числено равна на количеството топлина, необходимо за превръщане на кристално вещество с тегло 1 kg при точката на топене в течност, се нарича специфична топлина на топенеи се обозначава с буквата λ.

Когато вещество с тегло 1 kg кристализира, се отделя точно толкова топлина, колкото се абсорбира при топенето.

Специфичната топлина на топене на леда е доста висока: 3,34 10 5 J/kg.

„Ако ледът нямаше висока топлина на топене, тогава през пролетта цялата маса лед трябваше да се стопи за няколко минути или секунди, тъй като топлината непрекъснато се прехвърля към леда от въздуха. Последствията от това биха били ужасни; в края на краищата, дори в сегашната ситуация, големи наводнения и силни водни потоци възникват, когато големи масиви от лед или сняг се топят. Р. Блек, XVIII век.

За да се разтопи кристално тяло с маса m, е необходимо количество топлина, равно на:

Qpl = λm. (13.8)

Количеството топлина, отделена при кристализацията на тялото, е равно на:

Q cr = -λm (13.9)

Уравнение на топлинния баланс.

Нека разгледаме топлообмена в система, състояща се от няколко тела, които първоначално имат различни температури, например топлообменът между вода в съд и гореща желязна топка, спусната във водата. Според закона за запазване на енергията, количеството топлина, отдадено от едно тяло, е числено равно на количеството топлина, получено от друго.

Количеството отдадена топлина се счита за отрицателно, количеството получена топлина се счита за положително. Следователно общото количество топлина Q1 + Q2 = 0.

Ако се извършва топлообмен между няколко тела в изолирана система, тогава

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

Уравнение (13.10) се нарича уравнение на топлинния баланс.

Тук Q 1 Q 2, Q 3 са количествата топлина, получена или отдадена от телата. Тези количества топлина се изразяват с формула (13.5) или формули (13.6)-(13.9), ако по време на процеса на топлообмен настъпват различни фазови трансформации на веществото (топене, кристализация, изпаряване, кондензация).

Топлинен капацитет- това е количеството топлина, погълнато от тялото при нагряване с 1 градус.

Топлинният капацитет на тялото се обозначава с главни букви латиница СЪС.

От какво зависи топлинният капацитет на тялото? На първо място, от неговата маса. Ясно е, че загряването например на 1 килограм вода ще изисква повече топлина, отколкото загряването на 200 грама.

Какво ще кажете за вида на веществото? Нека направим експеримент. Да вземем два еднакви съда и в единия да налеем вода с тегло 400 г, а в другия - растително маслос тегло 400 g, нека започнем да ги нагряваме с еднакви горелки. Като наблюдаваме показанията на термометъра, ще видим, че маслото се загрява бързо. За да загреете вода и масло до еднаква температура, водата трябва да се загрява по-дълго. Но колкото по-дълго нагряваме водата, толкова повече топлина получава тя от горелката.

По този начин, за да се загрее същата маса различни веществадо същата необходима температура различни количестватоплина. Количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото и следователно неговият топлинен капацитет зависят от вида на веществото, от което е съставено тялото.

Така например, за да се повиши температурата на вода с тегло 1 kg с 1°C, е необходимо количество топлина, равно на 4200 J, и да се нагрее същата маса с 1°C Слънчогледово олионеобходимото количество топлина е 1700 J.

Физическо количествопоказва колко топлина е необходима за нагряване на 1 kg вещество с 1 ºС се нарича специфичен топлинен капацитет от това вещество.

Всяко вещество има свой специфичен топлинен капацитет, който се обозначава с латинската буква c и се измерва в джаули на килограм градус (J/(kg °C)).

Специфичен топлинен капацитет на едно и също вещество в различни агрегатни състояния(твърдо, течно и газообразно) е различно. Например специфичният топлинен капацитет на водата е 4200 J/(kg °C), а специфичният топлинен капацитет на леда е 2100 J/(kg °C); алуминият в твърдо състояние има специфичен топлинен капацитет 920 J/(kg - °C), а в течно състояние - 1080 J/(kg - °C).

Имайте предвид, че водата има много висок специфичен топлинен капацитет. Следователно водата в моретата и океаните, когато се нагрява през лятото, поема голямо количество топлина от въздуха. Благодарение на това на местата, които се намират в близост до големи водни тела, лятото не е толкова горещо, колкото на места, далеч от водата.

Изчисляване на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото или отделено от него при охлаждане.

От горното става ясно, че количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, зависи от вида на веществото, от което се състои тялото (т.е. неговия специфичен топлинен капацитет) и от масата на тялото. Също така е ясно, че количеството топлина зависи от това с колко градуса ще повишим телесната температура.

Така че, за да определите количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото или освободено от него по време на охлаждане, трябва да умножите специфичния топлинен капацитет на тялото по неговата маса и по разликата между крайната и началната температура:

Q= см (t 2 -t 1),

Където Q- количество топлина, ° С- специфичен топлинен капацитет, м- телесна маса, т 1- начална температура, t 2- крайна температура.

Когато тялото се загрее t 2> т 1и следователно Q >0 . Когато тялото се охлади t 2i< т 1и следователно Q< 0 .

Ако е известен топлинният капацитет на цялото тяло СЪС, Qопределя се по формулата: Q = C (t 2 - t 1).

22) Топене: определение, изчисляване на количеството топлина за топене или втвърдяване, специфична топлина на топене, графика на t 0 (Q).

Термодинамика

Глава молекулярна физика, който изучава преноса на енергия, моделите на трансформация на едни видове енергия в други. За разлика от молекулярно-кинетичната теория, термодинамиката не взема под внимание вътрешна структуравещества и микропараметри.

Термодинамична система

Това е съвкупност от тела, които обменят енергия (под формата на работа или топлина) едно с друго или с заобикаляща среда. Например, водата в чайника се охлажда и се обменя топлина между водата и чайника и топлината на чайника с околната среда. Цилиндър с газ под буталото: буталото извършва работа, в резултат на което газът получава енергия и неговите макропараметри се променят.

Количество топлина

Това енергия, които системата получава или отдава по време на процеса на топлообмен. Обозначена със символа Q, тя се измерва, както всяка енергия, в джаули.

В резултат на различни процеси на топлообмен, енергията, която се пренася, се определя по свой начин.

Отопление и охлаждане

Този процес се характеризира с промяна в температурата на системата. Количеството топлина се определя по формулата

Специфичен топлинен капацитет на вещество сизмерено чрез количеството топлина, необходимо за загряване единици за масаот това вещество с 1K. Загряването на 1 kg стъкло или 1 kg вода изисква различни количества енергия. Специфичният топлинен капацитет е известна величина, вече изчислена за всички вещества; вижте стойността във физическите таблици.

Топлинен капацитет на веществото С- това е количеството топлина, което е необходимо за загряване на тяло, без да се взема предвид неговата маса с 1K.

Топене и кристализация

Топенето е преход на вещество от в твърдо състояниев течност. Обратният преход се нарича кристализация.

Енергията, която се изразходва за разрушаването на кристалната решетка на веществото, се определя от формулата

Специфичната топлина на топене е известна стойност за всяко вещество; вижте стойността във физическите таблици.

Изпаряване (изпаряване или кипене) и кондензация

Изпаряването е преминаването на вещество от течно (твърдо) състояние в газообразно състояние. Обратен процеснаречена кондензация.

Специфичната топлина на изпарение е известна стойност за всяко вещество; вижте стойността във физическите таблици.

Изгаряне

Количеството топлина, отделено при изгаряне на дадено вещество

Специфичната топлина на изгаряне е известна стойност за всяко вещество; вижте стойността във физическите таблици.

За затворена и адиабатично изолирана система от тела уравнението на топлинния баланс е изпълнено. Алгебрична сумаколичествата топлина, отдадена и получена от всички тела, участващи в топлообмена, е нула:

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

23) Структурата на течностите. Повърхностен слой. Сила на повърхностно напрежение: примери за проявление, изчисляване, коефициент на повърхностно напрежение.

От време на време всяка молекула може да се премести на близко свободно място. Такива скокове в течностите се случват доста често; следователно молекулите не са свързани със специфични центрове, както в кристалите, и могат да се движат в целия обем на течността. Това обяснява течливостта на течностите. Поради силното взаимодействие между близко разположени молекули, те могат да образуват локални (нестабилни) подредени групи, съдържащи няколко молекули. Това явление се нарича затворете поръчката(фиг. 3.5.1).

Коефициентът β се нарича температурен коефициентобемно разширение . Този коефициент за течности е десетки пъти по-голям от този за твърди тела. За вода, например, при температура 20 °C β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, за стомана β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, за кварцово стъкло β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .

Термичното разширение на водата има интересна и важна аномалия за живота на Земята. При температури под 4 °C водата се разширява при понижаване на температурата (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Когато водата замръзне, тя се разширява, така че ледът остава да плава на повърхността на замръзнало водно тяло. Температурата на замръзване на водата под леда е 0 °C. В по-плътните водни слоеве на дъното на водоема температурата е около 4 °C. Благодарение на това животът може да съществува във водата на замръзващи резервоари.

Повечето интересна функциятечности е присъствието свободна повърхност . Течността, за разлика от газовете, не запълва целия обем на контейнера, в който се излива. Образува се интерфейс между течност и газ (или пара), който се намира в специални условияв сравнение с останалата течна маса.. Трябва да се има предвид, че поради изключително ниската свиваемост, наличието на по-плътно опакован повърхностен слой не води до забележима промяна в обема на течността. Ако една молекула се движи от повърхността в течността, силите на междумолекулно взаимодействие ще вършат положителна работа. Напротив, за да издърпате определен брой молекули от дълбините на течността към повърхността (т.е. да увеличите повърхността на течността), външните сили трябва да извършат положителна работа Δ Авъншен, пропорционален на изменението Δ Сплощ:

От механиката е известно, че равновесните състояния на системата съответстват на минимална стойностнеговата потенциална енергия. От това следва, че свободната повърхност на течността се стреми да намали своята площ. Поради тази причина свободната капка течност придобива сферична форма. Течността се държи така, сякаш сили, действащи тангенциално на нейната повърхност, свиват (дърпат) тази повърхност. Тези сили се наричат сили на повърхностно напрежение .

Наличието на сили на повърхностно напрежение прави повърхността на течността да изглежда като еластичен разтегнат филм, с единствената разлика, че еластичните сили във филма зависят от неговата повърхност (т.е. от това как филмът е деформиран) и повърхностното напрежение сили не зависятвърху повърхността на течността.

Някои течности, като сапунена вода, имат способността да образуват тънки филми. Добре познатите сапунени мехури имат правилна сферична форма - това също показва ефекта на силите на повърхностното напрежение. Ако спуснете телена рамка, една от чиято страна е подвижна, в сапунен разтвор, тогава цялата рамка ще бъде покрита с филм от течност (фиг. 3.5.3).

Силите на повърхностно напрежение са склонни да намаляват повърхността на филма. За да се балансира подвижната страна на рамката, към нея трябва да се приложи външна сила, ако под въздействието на сила напречната греда се премести с Δ х, тогава ще бъде извършена работа Δ А vn = Е vn Δ х = Δ E стр = σΔ С, където Δ С = 2ЛΔ х– увеличаване на повърхността на двете страни на сапунения филм. Тъй като модулите на силите и са еднакви, можем да напишем:

По този начин коефициентът на повърхностно напрежение σ може да се определи като модул на силата на повърхностното напрежение, действаща на единица дължина на линията, ограничаваща повърхността.

Поради действието на силите на повърхностното напрежение в капките течност и вътре в сапунените мехурчета възниква свръхналягане Δ стр. Ако мислено изрежете сферична капка с радиус Рна две половини, тогава всяка от тях трябва да бъде в равновесие под действието на силите на повърхностно напрежение, приложени към границата на среза с дължина 2π Ри сили на свръхналягане, действащи върху площта π Р 2 секции (фиг. 3.5.4). Условието за равновесие се записва като

Ако тези сили са по-големи от силите на взаимодействие между молекулите на самата течност, тогава течността мокриповърхност на твърдо тяло. В този случай течността се доближава до повърхността на твърдото тяло в известно време остър ъгълθ, характеристика на дадена двойка течност-твърдо вещество. Ъгълът θ се нарича контактен ъгъл . Ако силите на взаимодействие между течните молекули надвишават силите на тяхното взаимодействие с твърдите молекули, тогава контактният ъгъл θ се оказва тъп (фиг. 3.5.5). В този случай казват, че течността не мокриповърхност на твърдо тяло. При пълно намокрянеθ = 0, при пълно ненамокрянеθ = 180°.

Капилярни явлениянаречено покачване или спадане на течност в тръби с малък диаметър - капиляри. Омокрящите течности се издигат през капилярите, а немокрящите се спускат.

На фиг. 3.5.6 показва капилярна тръба с определен радиус r, спуснат в долния край в омокряща течност с плътност ρ. Горният край на капиляра е отворен. Издигането на течността в капиляра продължава, докато силата на гравитацията, действаща върху колоната течност в капиляра, стане равна по големина на резултантната Е n сили на повърхностно напрежение, действащи по протежение на границата на контакт на течността с повърхността на капиляра: Е t = Е n, където Е t = мг = ρ чπ r 2 ж, Е n = σ2π r cos θ.

Това предполага:

При пълно ненамокряне θ = 180°, cos θ = –1 и следователно, ч < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Водата почти напълно намокря чистата стъклена повърхност. Напротив, живакът не намокря напълно стъклената повърхност. Поради това нивото на живак в стъклената капилярка пада под нивото в съда.

24) Изпаряване: определение, видове (изпарение, кипене), изчисляване на количеството топлина за изпаряване и кондензация, специфична топлина на изпаряване.

Изпарение и кондензация. Обяснение на явлението изпарение въз основа на идеи за молекулярната структура на материята. Специфична топлина на изпарение. Неговите единици.

Явлението превръщане на течността в пара се нарича изпаряване.

Изпарение - процесът на изпаряване, протичащ от открита повърхност.

Молекулите на течността се движат с на различни скорости. Ако някоя молекула се окаже на повърхността на течност, тя може да преодолее привличането на съседни молекули и да излети от течността. Изхвърлените молекули образуват пара. Останалите молекули на течността променят скоростта си при сблъсък. В същото време някои молекули придобиват скорост, достатъчна, за да излетят от течността. Този процес продължава, така че течностите се изпаряват бавно.

* Скоростта на изпарение зависи от вида на течността. Тези течности, чиито молекули се привличат с по-малка сила, се изпаряват по-бързо.

*Изпарението може да се случи при всяка температура. Но когато високи температуриизпарението става по-бързо .

* Скоростта на изпарение зависи от неговата повърхност.

*При вятър (въздушен поток) изпарението става по-бързо.

По време на изпарението вътрешната енергия намалява, т.к По време на изпаряване течността напуска бързи молекули, следователно средната скорост на останалите молекули намалява. Това означава, че ако няма приток на енергия отвън, тогава температурата на течността намалява.

Явлението превръщането на парата в течност се нарича кондензация. Придружава се от освобождаване на енергия.

Кондензацията на пара обяснява образуването на облаци. Водната пара, издигаща се над земята, образува облаци в горните студени слоеве на въздуха, които се състоят от малки капки вода.

Специфична топлина на изпарение – физически стойност, показваща колко топлина е необходима за превръщане на течност с тегло 1 kg в пара без промяна на температурата.

Ud. топлина на изпаряване означава се с буквата L и се измерва в J/kg

Ud. топлина на изпаряване на вода: L=2,3×10 6 J/kg, алкохол L=0,9×10 6

Количество топлина, необходимо за превръщане на течността в пара: Q = Lm

Можете да промените вътрешната енергия на газа в цилиндъра не само чрез извършване на работа, но и чрез нагряване на газа (фиг. 43). Ако фиксирате буталото, обемът на газа няма да се промени, но температурата и следователно вътрешната енергия ще се увеличат.
Процесът на предаване на енергия от едно тяло на друго без извършване на работа се нарича топлообмен или топлообмен.

Енергията, предадена на тялото в резултат на топлообмен, се нарича количество топлина.Количеството топлина се нарича още енергията, която тялото отделя по време на топлообмена.

Молекулярна картина на топлообмена.По време на топлообмен на границата между телата възниква взаимодействието на бавно движещи се молекули на студено тяло с по-бързо движещи се молекули на горещо тяло. В резултат на това кинетичните енергии на молекулите се изравняват и скоростите на молекулите на студено тяло се увеличават, а тези на нагорещено тяло намаляват.

По време на топлообмена енергията не се преобразува от една форма в друга: част от вътрешната енергия на горещото тяло се прехвърля към студеното тяло.

Количество топлина и топлинен капацитет.От курса по физика на VII клас е известно, че за да се нагрее тяло с маса m от температура t 1 до температура t 2, е необходимо да му се съобщи количеството топлина

Q = cm(t 2 – t 1) = cmΔt. (4,5)

Когато тялото се охлади, неговата вечна температура t 2 е по-ниска от началната температура t 1 и количеството топлина, отделено от тялото, е отрицателно.
Коефициентът c във формула (4.5) се нарича специфичен топлинен капацитет. Специфичният топлинен капацитет е количеството топлина, което 1 kg вещество получава или отделя, когато температурата му се промени с 1 K.

Специфичният топлинен капацитет се изразява в джаули, разделени на килограм, умножен по келвин.Различните тела изискват различно количество енергия, за да повишат температурата с 1 K. Така специфичният топлинен капацитет на водата е 4190 J/(kg K), а този на медта е 380 J/(kg K).

Специфичният топлинен капацитет зависи не само от свойствата на веществото, но и от процеса, чрез който се осъществява преносът на топлина. Ако нагреете газ при постоянно налягане, той ще се разшири и ще върши работа. За да се нагрее газ с 1°C при постоянно налягане, ще трябва да му се предаде повече топлина, отколкото да се нагрее при постоянен обем.

Течните и твърдите тела се разширяват леко при нагряване и техният специфичен топлинен капацитет при постоянен обем и постоянно налягане се различава малко.

Специфична топлина на изпарение.За да се превърне течност в пара, трябва да й се предаде определено количество топлина. Температурата на течността не се променя по време на тази трансформация. Превръщането на течност в пара при постоянна температура не води до увеличаване на кинетичната енергия на молекулите, но е съпроводено с увеличаване на потенциалната им енергия. В крайна сметка средното разстояние между молекулите на газа е многократно по-голямо от това между молекулите на течността. В допълнение, увеличаването на обема по време на прехода на веществото от течно към газообразно състояние изисква да се извърши работа срещу външни сили на налягане.

Количеството топлина, необходимо за превръщането на 1 kg течност в пара при постоянна температура, се нарича специфична топлина на изпаряване. Това количество се обозначава с буквата r и се изразява в джаули на килограм.

Специфичната топлина на изпаряване на водата е много висока: 2,256 · 10 6 J/kg при температура 100°C. За други течности (алкохол, етер, живак, керосин и др.) специфичната топлина на изпарение е 3-10 пъти по-малка.

За да се превърне течност с маса m в пара, е необходимо количество топлина, равно на:

Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина

Q k = –rm. (4,7)

Специфична топлина на топене.Когато едно кристално тяло се разтопи, цялата топлина, подадена към него, отива за увеличаване на потенциалната енергия на молекулите. Кинетичната енергия на молекулите не се променя, тъй като топенето се извършва при постоянна температура.

Количеството топлина λ (ламбда), необходимо за превръщането на 1 kg кристално вещество при точката на топене в течност при същата температура, се нарича специфична топлина на топене.

Когато 1 kg вещество кристализира, се отделя точно толкова топлина. Специфичната топлина на топене на леда е доста висока: 3,4 · 10 5 J/kg.

За да се разтопи кристално тяло с маса m, е необходимо количество топлина, равно на:

Qpl = λm. (4,8)

Количеството топлина, отделена при кристализацията на тялото, е равно на:

Q cr = – λm. (4,9)

1. Как се нарича количеството топлина? 2. От какво зависи специфичният топлинен капацитет на веществата? 3. Как се нарича специфичната топлина на изпаряване? 4. Как се нарича специфичната топлина на топене? 5. В какви случаи количеството предадена топлина е отрицателно?