Вътрешната енергия на термодинамичната система може да бъде променена по два начина:

1. прави над работа на системата,
2. чрез термично взаимодействие.

Предаването на топлина към тялото не е свързано с извършване на макроскопска работа върху тялото. IN в такъв случай промяната във вътрешната енергия се дължи на факта, че отделни молекули на тяло с по-висока температура работят върху някои молекули на тяло, което има по-ниска температура. В този случай се осъществява термично взаимодействие поради топлопроводимостта. Предаването на енергия е възможно и чрез радиация. Системата от микроскопични процеси (не свързани с цялото тяло, а с отделни молекули) се нарича пренос на топлина. Количеството енергия, което се прехвърля от едно тяло в друго в резултат на пренос на топлина, се определя от количеството топлина, което се прехвърля от едно тяло в друго.

Определение

Топлината се нарича енергията, която се получава (или подарява) от тялото в процеса на топлообмен с околните тела (околната среда). Топлината се обозначава, обикновено с буквата Q.

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

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

Формулата за изчисляване на топлината при промяна на температурата

Елементарното количество топлина е обозначено като. Имайте предвид, че топлинният елемент, който системата получава (отстъпва) 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 на T + dT, е равно на:

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

където е специфичната топлина на тялото, m е масата на тялото, е моларната топлина, е моларът маса на материята, Е броят на бенките на веществото.

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

където t 2, t 1 телесна температура преди нагряване и след. Моля, обърнете внимание, че температурите при намиране на разликата () при изчисленията могат да бъдат заместени както в градуси по Целзий, така и в келвин.

Формулата за количеството топлина по време на фазовите 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 се прехвърли елемент на материята от състоянието на твърдо вещество в течност, трябва да се каже количеството топлина (), равно на:

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

Количеството топлина (топлина на изпаряване), което е необходимо за превръщането на течността в пара, може да се намери като:

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

Единици за измерване на количеството топлина

Основната единица за измерване на количеството топлина в системата SI е: [Q] \u003d J

Несистемна единица топлина, която често се намира в технически изчисления... [Q] \u003d калории (калории). 1 кал \u003d 4.1868 Дж.

Примери за решаване на проблеми

Пример

Задачата. Какви обеми вода трябва да се смесят, за да се получат 200 литра вода при температура t \u003d 40C, ако температурата на една маса вода е t 1 \u003d 10C, втората маса вода е t 2 \u003d 60C?

Решение. Нека напишем уравнението на топлинния баланс под формата:

където Q \u003d cmt е количеството топлина, приготвено след смесване на вода; Q 1 \u003d cm 1 t 1 - количество топлина на част от водата с температура t 1 и маса m 1; Q 2 \u003d cm 2 t 2 - количеството топлина на част от водата с температура t 2 и маса m 2.

Уравнение (1.1) предполага:

Когато се комбинират студени (V 1) и горещи (V 2) части вода в един обем (V), може да се приеме, че:

И така, получаваме система от уравнения:

След като го решим, получаваме:

Както знаете, по време на различни механични процеси има промяна в механичната енергия W мех Мярка за изменението на механичната енергия е работата на силите, приложени към системата:

\\ (~ \\ Delta W_ (meh) \u003d A. \\)

По време на топлообмена вътрешната енергия на тялото се променя. Мярката за промяната на вътрешната енергия по време на топлообмен е количеството топлина.

Количество топлина е мярка за промяната във вътрешната енергия, която тялото получава (или се отказва) в процеса на топлообмен.

По този начин и работата, и количеството топлина характеризират изменението на енергията, но не са идентични с енергията. Те не характеризират състоянието на самата система, но определят процеса на прехвърляне на енергия от един тип в друг (от едно тяло в друго), когато състоянието се променя и по същество зависи от естеството на процеса.

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

Опитът показва, че количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото с маса м от температурата т 1 до температура т 2 се изчислява по формулата

\\ (~ Q \u003d cm (T_2 - T_1) \u003d cm \\ Delta T, \\ qquad (1) \\)

където ° С - специфичен топлинен капацитет на веществото;

\\ (~ c \u003d \\ frac (Q) (m (T_2 - T_1)). \\)

Единицата за специфична топлина SI е джаул на килограм-Келвин (J / (kg K)).

Специфична топлина ° С числено равна на количеството топлина, което трябва да се отдаде на тяло с тегло 1 кг, за да се нагрее с 1 К.

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

\\ (~ C_T \u003d \\ frac (Q) (T_2 - T_1) \u003d cm. \\)

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

За да превърнете течността в пара при постоянна температура, е необходимо да отделите количество топлина

\\ (~ Q \u003d Lm, \\ qquad (2) \\)

където L - специфична топлина на изпаряване. Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина.

За да се стопи кристално тяло с маса м при точката на топене е необходимо да се предаде количеството топлина на тялото

\\ (~ Q \u003d \\ ламбда m, \\ qquad (3) \\)

където λ - специфична топлина на синтез. Когато тялото кристализира, се отделя същото количество топлина.

Количеството топлина, което се отделя при пълното изгаряне на горивната маса м,

\\ (~ Q \u003d qm, \\ qquad (4) \\)

където q - специфична топлина на горене.

Единицата SI за специфичните топлини на изпаряване, топене и горене е джаул на килограм (J / kg).

Литература

Аксенович Л. А. Физика в гимназия: Теория. Задачи. Тестове: Учебник. надбавка за институции, предоставящи обща разписка. среди, образование / Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракина, К. С. Фарино; Изд. К. С. Фарино. - Минск: Adukatsya i vyhavanne, 2004. - С. 154-155.

« Физика - клас 10 "

В какви процеси се случват съвкупните трансформации на материята?
Как можете да промените състоянието на агрегиране на материята?

Можете да промените вътрешната енергия на всяко тяло, като вършите работа, нагрявате го или обратно, охлаждате го.
Така че, когато ковате метал, се работи и той се нагрява, като в същото време металът може да се нагрее върху горящ пламък.

Също така, ако фиксирате буталото (фиг. 13.5), тогава обемът на газа не се променя при нагряване и работата не е свършена. Но температурата на газа и, следователно, неговата вътрешна енергия се увеличава.

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

Процесът на прехвърляне на енергия от едно тяло в друго, без да се извършва работа, се нарича топлообмен.

Нарича се количествената мярка за изменението на вътрешната енергия по време на топлообмен количеството топлина.

Молекулярна картина на пренос на топлина.

По време на топлообмена 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 студеното тяло се увеличават, а тази на горещото тяло намалява.

По време на топлообмена няма трансформация на енергия от една форма в друга, част от вътрешната енергия на по-нагрятото тяло се пренася в по-малко нагрято тяло.

Количество топлина и топлинен капацитет.

Вече знаете, че за да нагреете тяло с маса m от температура t 1 до температура t 2, е необходимо да прехвърлите количеството топлина към него:

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cm Δt. (13,5)

Когато тялото се охлади, крайната му температура t 2 се оказва по-малка от началната температура t 1 и количеството топлина, отделяно от тялото, е отрицателно.

Извиква се коефициент c във формула (13.5) специфична топлина вещества.

Специфична топлина е стойност, числено равна на количеството топлина, което вещество с маса 1 kg получава или отделя, когато температурата му се промени с 1 K.

Специфичният топлинен капацитет на газовете зависи от процеса на топлообмен. Ако газът се нагрява при постоянно налягане, тогава той ще се разшири и ще свърши работа. За да се загрее газът с 1 ° C при постоянно налягане, той трябва да се прехвърли голямо количество топлина, отколкото за нагряването му с постоянен обем, когато газът ще се нагрява само.

Течностите и твърдите вещества се разширяват леко при нагряване. Техният специфичен топлинен капацитет при постоянен обем и постоянно налягане се различава малко.

Специфична топлина на изпаряване.

За да се превърне течността в пара по време на кипене, към нея трябва да се пренесе определено количество топлина. Температурата на течността не се променя по време на кипене. Преобразуването на течност в пара при постоянна температура не води до увеличаване на кинетичната енергия на молекулите, но е придружено от 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.

Нарича се количество, равно на количеството топлина, необходимо за превръщането на течност с тегло 1 kg в пара при постоянна температура в пара. специфична топлина изпаряване.

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

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 Н20 \u003d 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 \u003d rm. (13,6)

Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина:

Q до \u003d -rm. (13,7)

Специфична топлина на синтез.

Когато кристално тяло се стопи, цялата топлина, подавана към него, отива за увеличаване на потенциалната енергия на взаимодействие на молекулите. Кинетичната енергия на молекулите не се променя, тъй като топенето става при постоянна температура.

Нарича се число, равно на количеството топлина, необходимо за превръщането на кристално вещество с тегло 1 kg при точката на топене в течност специфична топлина на синтез и се обозначава с буквата λ.

Когато вещество с тегло 1 кг кристализира, се отделя точно същото количество топлина, което се абсорбира по време на топенето.

Специфичната топлина на топене на лед е доста висока: 3.34 10 5 J / kg.

„Ако ледът няма висока топлина на топене, то през пролетта цялата маса лед ще трябва да се стопи за няколко минути или секунди, тъй като топлината непрекъснато се прехвърля върху леда от въздуха. Последствията от това биха били ужасни; в края на краищата, дори при съществуващата ситуация, големи наводнения и силни водни потоци се появяват, когато големи маси лед или сняг се стопят. " Р. Блек, XVIII век

За да се стопи кристално тяло с маса m, се изисква количество топлина, равно на:

Q pl \u003d λm. (13,8)

Количеството топлина, отделено по време на кристализация на тялото, е равно на:

Q cr \u003d -λm (13,9)

Уравнение на топлинния баланс.

Нека разгледаме топлообмена в система, състояща се от няколко тела с първоначално различни температури, например топлообмен между вода в съд и гореща желязна топка, потопена във вода. Според закона за запазване на енергията количеството топлина, отделяно от едно тяло, е числено равно на количеството топлина, получено от друго.

Даденото количество топлина се счита за отрицателно, полученото количество топлина е положително. Следователно общото количество топлина Q1 + Q2 \u003d 0.

Ако топлообменът между няколко тела се случи в изолирана система, тогава

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... \u003d 0. (13.10)

Извиква се уравнение (13.10) уравнение на топлинния баланс.

Тук Q 1 Q 2, Q 3 - количеството топлина, получено или отдадено от телата. Тези количества топлина се изразяват с формула (13.5) или формули (13.6) - (13.9), ако в процеса на топлообмен възникнат различни фазови трансформации на вещество (топене, кристализация, изпаряване, кондензация).

Топлинен капацитет - Това е количеството топлина, погълната от тялото при нагряване с 1 градус.

Топлинният капацитет на тялото се обозначава с капитала латинска буква ОТ.

Какво определя топлинния капацитет на тялото? На първо място, от неговата маса. Ясно е, че отоплението, например 1 килограм вода, ще изисква повече топлина, отколкото отоплението 200 грама.

А от вида на веществото? Нека направим експеримент. Вземете два еднакви съда и, изливайки 400 g вода в единия и 400 g растително масло в другия, започваме да ги загряваме с помощта на същите горелки. Наблюдавайки показанията на термометрите, ще видим, че маслото се загрява бързо. За да загреете водата и маслото до една и съща температура, водата трябва да се загрява по-дълго. Но колкото по-дълго загряваме водата, толкова повече топлина тя получава от горелката.

По този начин, за да се загрее една и съща маса различни вещества докато се изисква същата температура различна сума топлина. Количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, и следователно, топлинният му капацитет зависят от вида на веществото, от което се състои това тяло.

Така например, за да се повиши температурата на водата с маса от 1 kg с 1 ° C, се изисква количество топлина, равна на 4200 J, а за нагряване с 1 ° C от същата маса слънчогледово олио количество топлина, равно на 1700 Дж.

Извиква се физическа величина, която показва колко топлина е необходима за нагряване на 1 кг вещество с 1 ºС специфична топлина от това вещество.

Всяко вещество има своя специфична топлина, която се обозначава с латинската буква c и се измерва в джаули на килограм-градус (J / (kg · ° C)).

Специфична топлина на едно и също вещество в различни агрегирани състояния (твърдо, течно и газообразно) е различно. Например, специфичният топлинен капацитет на водата е 4200 J / (kg · ºС), а специфичният топлинен капацитет на леда е 2100 J / (kg · ° С); алуминият в твърдо състояние има специфична топлина, равна на 920 J / (kg - ° С), а в течно състояние - 1080 J / (kg - ° С).

Имайте предвид, че водата има много висок специфичен топлинен капацитет. Следователно водата в моретата и океаните, загрявайки се през лятото, поглъща голямо количество топлина от въздуха. Благодарение на това на онези места, които са разположени в близост до големи водни басейни, лятото не е толкова горещо, както на места, далеч от водата.

Изчисляване на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото или отделено от него по време на 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 телесната маса. Ясно е също, че количеството топлина зависи от това с колко градуса ще повишим телесната температура.

Така че, за да определите количеството топлина, необходимо за нагряване на тяло или отделено от него по време на охлаждане, трябва да умножите специфичната топлина на тялото по неговата маса и по разликата между крайната и началната му температура:

Въпрос:= см (t 2 -t 1),

където Въпрос: - количество топлина, ° С - специфична топлина, м - телесна маса, t 1 - начална температура, t 2 - крайна температура.

Когато тялото се нагрява t 2> t 1 и следователно Въпрос: >0 ... При охлаждане на тялото t 2 и< t 1 и следователно Въпрос:< 0 .

В случай, че топлинният капацитет на цялото тяло е известен ОТ, Въпрос: определя се по формулата: Q \u003d C (t 2 - t 1).

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

Термодинамика

Раздел молекулярна физика, който изучава трансфера на енергия, законите, регулиращи трансформацията на някои видове енергия в други. За разлика от молекулярно-кинетичната теория, термодинамиката не взема под внимание вътрешна структура вещества и микропараметри.

Термодинамична система

Това е съвкупност от тела, които обменят енергия (под формата на работа или топлина) помежду си или с околната среда... Например водата в чайника се охлажда, топлината на водата се обменя с чайника, а чайникът с околната среда. Цилиндър с газ под буталото: буталото изпълнява работа, в резултат на което газът получава енергия и неговите макро параметри се променят.

Количество топлина

то енергияполучени или подарени от системата в процеса на топлообмен. Означава се със символа Q, измерва се, както всяка енергия, в джаули.

В резултат на различни процеси на пренос на топлина енергията, която се прехвърля, 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 с измерено с количеството топлина, необходимо за нагряване масови единици от това вещество с 1K. Загряването на 1 кг стъкло или 1 кг вода изисква различни количества енергия. Специфичната топлина е известна, вече изчислена стойност за всички вещества; вижте стойността във физическите таблици.

Топлинен капацитет на веществото С - това е количеството топлина, което е необходимо за нагряване на тялото, без да се отчита масата му с 1K.

Топене и кристализация

Топене - преходът на материята от в твърдо състояние в течност. Обратният преход се нарича кристализация.

Енергията, изразходвана за разрушаването на кристалната решетка на веществото, се определя по формулата

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

Изпаряване (изпаряване или кипене) и кондензация

Изпаряването е преход на вещество от течно (твърдо) състояние в газообразно. Обратен процес наречен конденз.

Специфичната топлина на изпаряване е известно количество за всяко вещество, стойността може да бъде намерена във физическите таблици.

Изгаряне

Количеството топлина, което се отделя при изгарянето на дадено вещество

Специфичната калоричност е известно количество за всяко вещество; стойността може да бъде намерена във физически таблици.

За затворена и адиабатно изолирана система от тела е изпълнено уравнението на топлинния баланс. Алгебрична сума количеството топлина, отделено и получено от всички тела, участващи в топлообмен, е равно на нула:

Q 1 + Q 2 + ... + Q n \u003d 0

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

От време на време всяка молекула може да се премести на съседно свободно място. Такива скокове в течности се случват доста често; следователно молекулите не са прикрепени към определени центрове, както в кристалите, и могат да се движат по 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 кратка поръчка (фиг. 3.5.1).

Извиква се коефициентът β температурен коефициент обемно разширение ... Този коефициент за течности е десетки пъти по-висок от този за твърди вещества. Например за вода при температура от 20 ° C β в ≈ 2 10 - 4 K - 1, за стомана β st ≈ 3.6 × 10 - 5 K - 1, за кварцово стъкло β q ≈ 9 10 - 6 K - един.

Термалното разширение на водата има интересна и важна аномалия за живота на Земята. При температури под 4 ° C водата се разширява с намаляване 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 се носи по повърхността на замразяващия резервоар. Температурата на ледената вода под леда е 0 ° С. В по-плътни слоеве вода на дъното на резервоара температурата е около 4 ° C. Благодарение на това животът може да съществува във водата на замръзващите резервоари.

Повечето интересна функция течности е присъствието свободна повърхност ... Течността, за разлика от газовете, не запълва целия обем на съда, в който се излива. Между течността и газа (или парата) се образува интерфейс, който се намира в специални условия в сравнение с останалата част от течната маса. Трябва да се има предвид, че поради изключително ниската свиваемост, наличието на по-плътно натъпкан повърхностен слой не води до забележима промяна в обема на течността. Ако молекулата се премести от повърхността във вътрешността на течността, силите на междумолекулното взаимодействие ще свършат положителна работа. Напротив, за да изтеглят определен брой молекули от дълбочината на течността към повърхността (т.е. да увеличат повърхността на течността), външните сили трябва да вършат положителна работа Δ A ext, пропорционално на промяната в Δ С площ:

От механиката е известно, че равновесните състояния на системата съответстват на минимална стойност неговата потенциална енергия. Оттук следва, че свободната повърхност на течността има тенденция да намалява нейната площ. По тази причина свободна капка течност придобива сферична форма. Течността се държи така, сякаш сили действат тангенциално на повърхността му, свивайки (дърпайки) тази повърхност. Тези сили се наричат сили на повърхностното напрежение .

Наличието на сили на повърхностно напрежение прави повърхността на течността подобна на еластичен опънат филм, с единствената разлика, че еластичните сили във филма зависят от повърхността му (т.е. от това как се деформира филмът) и повърхностното напрежение сили не зависят от повърхността на течността.

Някои течности, като сапунена вода, са склонни да образуват тънки филми. Добре познатите сапунени мехурчета имат правилна сферична форма - това също показва ефекта на силите на повърхностно напрежение. Ако телена рамка се спусне в сапунен разтвор, една от страните на който е подвижна, тогава цялата тя ще бъде покрита с филм от течност (фиг. 3.5.3).

Силите на повърхностно напрежение са склонни да свиват повърхността на филма. За баланса на подвижната страна на рамката към нея трябва да се приложи външна сила. Ако силата премести напречната греда с Δ х, тогава работата Δ A ext \u003d F външен Δ х = Δ E стр = σΔ С, където Δ С = 2LΔ х - увеличението на повърхността на двете страни на сапунения филм. Тъй като модулите на силите и са еднакви, можете да напишете:

По този начин коефициентът на повърхностно напрежение σ може да се определи като модул на силата на повърхностно напрежение, действащ на единица дължина на ограничителната линия на повърхността.

Поради действието на силите на повърхностно напрежение в течни капки и вътре в сапунени мехурчета се получава свръхналягане Δ стр... Ако мислено отрежете сферична капка радиус R на две половини, тогава всяка от тях трябва да бъде в равновесие под действието на сили на повърхностно напрежение, приложени към границата на разреза 2π R и силите на свръхналягане, действащи върху площта π R 2 раздела (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 мокри повърхност на твърдо вещество. В този случай течността се доближава до повърхността на твърдото тяло под някои остър ъгъл θ, характерна за дадена двойка течност - твърдо вещество. Извиква се ъгълът θ ъгъл на ръба ... Ако силите на взаимодействие между молекулите на течността надвишат силите на тяхното взаимодействие с молекули на твърдо вещество, тогава контактният ъгъл θ се оказва тъп (фиг. 3.5.5). В този случай те казват, че течността не мокри повърхност на твърдо вещество. Кога пълно омокрянеθ \u003d 0, за пълно ненамокрянеθ \u003d 180 °.

Капилярни явления наречено покачване или спадане на течност в тръби с малък диаметър - капиляри... Омокрящите течности се издигат през капилярите, немокрящите течности слизат надолу.

На фиг. 3.5.6 показва капилярна тръба с някакъв радиус rспуснат от долния си край в омокряща течност с плътност ρ. Горният край на капиляра е отворен. Повишаването на течността в капиляра продължава, докато силата на гравитация, действаща върху колоната с течност в капиляра, стане равна по големина на получената F n сили на повърхностно напрежение, действащи по границата между течността и капилярната повърхност: F t \u003d F n, където F t \u003d mg = ρ зπ r 2 ж, F n \u003d σ2π r cos θ.

Това предполага:

С пълно ненамокряне θ \u003d 180 °, cos θ \u003d –1 и следователно з < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Водата почти напълно навлажнява чистата стъклена повърхност. И обратно, живакът не навлажнява напълно стъклената повърхност. Следователно нивото на живак в стъклената капиляра пада под нивото в съда.

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

Изпаряване и кондензация. Обяснение на явлението изпарение въз основа на концепцията за молекулярната структура на материята. Специфична топлина на изпаряване. Нейните единици.

Нарича се феноменът на превръщането на течността в пара изпаряване.

Изпаряване -процесът на изпаряване, протичащ от открита повърхност.

Течните молекули се движат с различни скорости... Ако някоя молекула е близо до повърхността на течността, тя може да преодолее привличането на съседни молекули и да излети от течността. Излезлите молекули образуват пари. Останалите течни молекули променят скоростите си при сблъсък. В този случай някои молекули придобиват скорост, достатъчна за излитане от течността. Този процес продължава, така че течностите се изпаряват бавно.

* Скоростта на изпаряване зависи от вида на течността. Тези течности, в които молекулите се привличат с по-малко сила, се изпаряват по-бързо.

* Изпаряването може да стане при всякаква температура. Но със високи температури изпарението е по-бързо .

* Скоростта на изпарение зависи от повърхността му.

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

По време на изпарението вътрешната енергия намалява, тъй като по време на изпарението бързите молекули напускат течността, следователно средната скорост на останалите молекули намалява. Това означава, че ако няма приток на енергия отвън, тогава температурата на течността намалява.

Нарича се явлението трансформация на парите в течност кондензация. Той е придружен от освобождаването на енергия.

Образуването на облаци се обяснява с кондензацията на пара. Водните пари, издигащи се над земята, образуват облаци в горните студени слоеве на въздуха, които се състоят от най-малките капки вода.

Специфична топлина на изпаряване - физически стойност, която показва колко топлина е необходима, за да се превърне течност с тегло 1 кг в пара, без да се променя температурата.

Уд. топлина на изпаряване обозначава се с буквата L и се измерва в J / kg

Уд. топлина на изпаряване на водата: L \u003d 2,3 × 10 6 J / kg, алкохол L \u003d 0,9 × 10 6

Количеството топлина, необходимо за превръщане на течността в пара: Q \u003d Lm

Възможно е да се промени вътрешната енергия на газа в цилиндъра не само чрез извършване на работа, но и чрез нагряване на газа (фиг. 43). Ако буталото е фиксирано, тогава обемът на газа няма да се промени, но температурата и, следователно, вътрешната енергия ще се увеличи.
Процесът на прехвърляне на енергия от едно тяло в друго без извършване на работа се нарича пренос на топлина или пренос на топлина.

Енергията, предадена на тялото в резултат на топлообмен, се нарича количество топлина. Количеството топлина се нарича още енергията, от която тялото се отказва в процеса на топлообмен.

Молекулярна картина на пренос на топлина. По време на топлообмена на границата между телата възниква взаимодействието на бавно движещи се молекули на студено тяло с по-бързо движещите се молекули на горещо тяло. В резултат на това кинетичните енергии на молекулите се изравняват и скоростите на молекулите на студеното тяло се увеличават, а тази на горещото тяло намалява.

По време на топлообмена няма трансформация на енергия от една форма в друга: част от вътрешната енергия на горещо тяло се пренася в студено тяло.

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

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cmΔt. (4.5)

Когато тялото се охлади, неговата вечна температура t 2 е по-малка от първоначалната t 1 и количеството топлина, отделяно от тялото, е отрицателно.
Извиква се коефициент c във формула (4.5) специфична топлина... Специфичната топлина е количеството топлина, което 1 kg от веществото получава или отделя, когато температурата му се промени с 1 K.

Специфичната топлина се изразява в джаули, разделена на килограм по келвин. Различните тела изискват неравномерно количество енергия, за да повишат температурата с 1 К. По този начин 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, при който се извършва топлопредаването. Ако газът се нагрява при постоянно налягане, тогава той ще се разшири и ще свърши работа. За да загреете газ 1 ° C при постоянно налягане, той ще трябва да предава повече топлина, отколкото да го нагрява при постоянен обем.

Течните и твърдите тела се разширяват леко при нагряване и техните специфични топлинни мощности при постоянен обем и постоянно налягане се различават малко.

Специфична топлина на изпаряване. За да се превърне течността в пара, към нея трябва да се пренесе определено количество топлина. По време на тази трансформация температурата на течността не се променя. Преобразуването на течност в пара при постоянна температура не води до увеличаване на кинетичната енергия на молекулите, но е придружено от увеличаване на тяхната потенциална енергия. В крайна сметка средното разстояние между молекулите на газа е в пъти по-голямо, отколкото между молекулите на течността. В допълнение, увеличаването на обема по време на прехода на вещество от течно в газообразно състояние изисква да се работи срещу силите на външното налягане.

Количеството топлина, необходимо за превръщане на 1 кг течност в пара при дадена температура, се нарича специфична топлина на изпаряване. Тази стойност се обозначава с буквата r и се изразява в джаули за килограм.

Специфичната топлина на изпаряване на водата е много висока: 2.256 · 10 6 J / kg при температура 100 ° C. Други течности (алкохол, етер, живак, керосин и др.) Имат специфична топлина на изпаряване 3-10 пъти по-малко.

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

Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина

Q k \u003d –rm. (4.7)

Специфична топлина на синтез. Когато кристално тяло се стопи, цялата топлина, подавана към него, отива за увеличаване на потенциалната енергия на молекулите. Кинетичната енергия на молекулите не се променя, тъй като топенето става при постоянна температура.

Количеството топлина λ (ламбда), необходимо за превръщане на 1 кг кристално вещество при точка на топене в течност със същата температура, се нарича специфична топлина на синтез.

По време на кристализация на 1 кг вещество се отделя точно същото количество топлина. Специфичната топлина на топене на лед е доста висока: 3,4 · 10 5 J / kg.

За да се стопи кристално тяло с маса m, се изисква количество топлина, равно на:

Q pl \u003d λm. (4.8)

Количеството топлина, отделено по време на кристализация на тялото, е равно на:

Q cr \u003d - λm. (4.9)

1. Какво се нарича количеството топлина? 2. Какво определя специфичната топлина на дадено вещество? 3. Какво се нарича специфична топлина на изпаряване? 4. Какво се нарича специфична топлина на синтез? 5. В какви случаи количеството предадена топлина е отрицателно?