Unutarnja energija termodinamičkog sustava može se promijeniti na dva načina:

1. počinivši preko rad sustava,
2. kroz toplinsku interakciju.

Prijenos topline na tijelo nije povezan s obavljanjem makroskopskog rada na tijelu. NA ovaj slučaj promjena unutarnje energije uzrokovana je time što pojedine molekule tijela s višom temperaturom vrše rad na nekim molekulama tijela s nižom temperaturom. U ovom slučaju toplinska interakcija se ostvaruje zbog toplinske vodljivosti. Prijenos energije moguć je i uz pomoć zračenja. Sustav mikroskopskih procesa (koji se ne odnose na cijelo tijelo, već na pojedine molekule) naziva se prijenos topline. Količina energije koja se prenosi s jednog tijela na drugo kao rezultat prijenosa topline određena je količinom topline koja se prenosi s jednog tijela na drugo.

Definicija

toplina naziva se energija koju prima (ili predaje) tijelo u procesu izmjene topline s okolnim tijelima (okolinom). Toplina se označava, obično slovom Q.

Ovo je jedna od osnovnih veličina u termodinamici. Toplina je uključena u matematičke izraze prvog i drugog zakona termodinamike. Za toplinu se kaže da je energija u obliku molekularnog gibanja.

Toplina se može priopćiti sustavu (tijelu) ili mu se može uzeti. Vjeruje se da je toplina pozitivna ako se sustavu preda.

Formula za izračunavanje topline s promjenom temperature

Elementarna količina topline označava se kao . Imajte na umu da element topline koji sustav prima (odaje) uz malu promjenu svog stanja nije totalni diferencijal. Razlog tome je što je toplina funkcija procesa promjene stanja sustava.

Elementarna količina topline koja se javlja sustavu, a temperatura se mijenja od T do T + dT, je:

gdje je C toplinski kapacitet tijela. Ako je tijelo koje se razmatra homogeno, tada se formula (1) za količinu topline može prikazati kao:

gdje je specifična toplina tijela, m je masa tijela, je molarni toplinski kapacitet, je molarni masa materije, je broj molova tvari.

Ako je tijelo homogeno, a toplinski kapacitet se smatra neovisnim o temperaturi, tada se količina topline () koju tijelo primi kada se njegova temperatura poveća za vrijednost može izračunati kao:

gdje je t 2 , t 1 tjelesna temperatura prije i poslije zagrijavanja. Imajte na umu da se pri pronalaženju razlike () u izračunima temperature mogu zamijeniti iu stupnjevima Celzijusa i u kelvinima.

Formula za količinu topline tijekom faznih prijelaza

Prijelaz iz jedne faze tvari u drugu prati apsorpcija ili oslobađanje određene količine topline, koja se naziva toplina faznog prijelaza.

Dakle, za prijenos elementa materije iz čvrstog stanja u tekućinu, treba ga obavijestiti o količini topline () koja je jednaka:

gdje je specifična toplina taljenja, dm je element mase tijela. U ovom slučaju treba uzeti u obzir da tijelo mora imati temperaturu jednaku talištu dotične tvari. Tijekom kristalizacije oslobađa se toplina jednaka (4).

Količina topline (toplina isparavanja) potrebna za pretvaranje tekućine u paru može se pronaći kao:

gdje je r specifična toplina isparavanja. Kada se para kondenzira, oslobađa se toplina. Toplina isparavanja jednaka je toplini kondenzacije jednakih masa tvari.

Mjerne jedinice za količinu topline

Osnovna jedinica za mjerenje količine topline u SI sustavu je: [Q]=J

Jedinica topline izvan sustava koja se često nalazi u tehnički proračuni. [Q]=kal (kalorija). 1 cal = 4,1868 J.

Primjeri rješavanja problema

Primjer

Vježbajte. Koje količine vode treba pomiješati da se dobije 200 litara vode temperature t=40C, ako je temperatura jedne mase vode t 1 =10C, druge mase vode t 2 =60C?

Riješenje. Jednadžbu toplinske bilance zapisujemo u obliku:

gdje je Q=cmt - količina topline pripremljena nakon miješanja vode; Q 1 \u003d cm 1 t 1 - količina topline dijela vode s temperaturom t 1 i masom m 1; Q 2 \u003d cm 2 t 2 - količina topline dijela vode s temperaturom t 2 i masom m 2.

Jednadžba (1.1) implicira:

Kada kombiniramo hladne (V 1) i vruće (V 2) dijelove vode u jedan volumen (V), možemo prihvatiti da:

Dakle, dobivamo sustav jednadžbi:

Rješavajući ga, dobivamo:

Kao što znate, tijekom različitih mehaničkih procesa dolazi do promjene mehaničke energije W meh. Mjera promjene mehaničke energije je rad sila primijenjenih na sustav:

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

Pri prijenosu topline dolazi do promjene unutarnje energije tijela. Mjera promjene unutarnje energije tijekom prijenosa topline je količina topline.

Količina topline je mjera promjene unutarnje energije koju tijelo prima (ili predaje) u procesu prijenosa topline.

Dakle, i rad i količina topline karakteriziraju promjenu energije, ali nisu identični energiji. Oni ne karakteriziraju samo stanje sustava, već određuju proces prijenosa energije iz jednog oblika u drugi (iz jednog tijela u drugo) kada se stanje mijenja i bitno ovise o prirodi procesa.

Glavna razlika između rada i količine topline je u tome što rad karakterizira proces promjene unutarnje energije sustava, popraćen transformacijom energije iz jedne vrste u drugu (iz mehaničke u unutarnju). Količina topline karakterizira proces prijenosa unutarnje energije s jednog tijela na drugo (od više zagrijanog do manje zagrijanog), koji nije popraćen transformacijama energije.

Iskustvo pokazuje da je količina topline potrebna za zagrijavanje tijela s masom m temperatura T 1 do temperature T 2 izračunava se formulom

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

gdje c- specifični toplinski kapacitet tvari;

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

SI jedinica specifične topline je džul po kilogramu Kelvina (J/(kg K)).

Određena toplina c je brojčano jednaka količini topline koju je potrebno predati tijelu mase 1 kg da bi se ono zagrijalo za 1 K.

Toplinski kapacitet tijelo C T je brojčano jednaka količini topline potrebnoj da se tjelesna temperatura promijeni za 1 K:

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

SI jedinica toplinskog kapaciteta tijela je džul po Kelvinu (J/K).

Za promjenu tekućine u paru pri konstantnoj temperaturi potrebna je količina topline

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

gdje L- specifična toplina isparavanja. Kada se para kondenzira, oslobađa se ista količina topline.

Da bi se otopilo kristalno tijelo s masom m kod tališta potrebno je da tijelo javi količinu topline

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

gdje λ - specifična toplina taljenja. Prilikom kristalizacije nekog tijela oslobađa se ista količina topline.

Količina topline koja se oslobađa tijekom potpunog izgaranja gorive mase m,

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

gdje q- specifična toplina izgaranja.

SI jedinica za specifične topline isparavanja, taljenja i izgaranja je džul po kilogramu (J/kg).

Književnost

Aksenovich L. A. Fizika u Srednja škola: Teorija. Zadaci. Ispitivanja: Proc. dodatak za ustanove koje pružaju opće. okruženja, obrazovanje / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; ur. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 154-155.

« Fizika - 10. razred"

U kojim procesima dolazi do agregatne pretvorbe tvari?
Kako se može promijeniti agregatno stanje?

Unutarnju energiju bilo kojeg tijela možete promijeniti radom, zagrijavanjem ili, obrnuto, hlađenjem.
Dakle, kod kovanja metala se radi i zagrijava, a istovremeno se metal može zagrijavati na gorućem plamenu.

Također, ako je klip fiksiran (slika 13.5), tada se volumen plina ne mijenja kada se zagrije i ne vrši se nikakav rad. Ali temperatura plina, a time i njegova unutarnja energija, raste.

Unutarnja energija se može povećavati i smanjivati, pa količina topline može biti pozitivna ili negativna.

Proces prijenosa energije s jednog tijela na drugo bez vršenja rada naziva se izmjena topline.

Kvantitativna mjera promjene unutarnje energije tijekom prijenosa topline naziva se količina topline.

Molekularna slika prijenosa topline.

Tijekom izmjene topline na granici između tijela sporo pokretne molekule hladnog tijela međusobno djeluju s brzo pokretnim molekulama vrućeg tijela. Zbog toga se kinetičke energije molekula izjednačuju i brzine molekula hladnog tijela se povećavaju, a vrućeg tijela smanjuju.

Tijekom izmjene topline ne dolazi do pretvorbe energije iz jednog oblika u drugi, već se dio unutarnje energije toplijeg tijela prenosi na manje zagrijano tijelo.

Količina topline i toplinski kapacitet.

Već znate da je za zagrijavanje tijela mase m od temperature t 1 do temperature t 2 potrebno na njega predati količinu topline:

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cm Δt. (13.5)

Kada se tijelo ohladi, njegova konačna temperatura t 2 ispada manja od početne temperature t 1 i količina topline koju tijelo preda je negativna.

Koeficijent c u formuli (13.5) naziva se specifični toplinski kapacitet tvari.

Određena toplina- to je vrijednost brojčano jednaka količini topline koju tvar mase 1 kg primi ili preda kada se njezina temperatura promijeni za 1 K.

Specifični toplinski kapacitet plinova ovisi o procesu prijenosa topline. Ako zagrijavate plin pri konstantnom tlaku, on će se širiti i raditi. Da bi se plin zagrijao za 1 °C pri konstantnom tlaku, potrebno ga je prenijeti velika količina topline nego za zagrijavanje pri konstantnom volumenu, kada će se plin samo zagrijavati.

Tekućine i krutine lagano se šire kada se zagrijavaju. Njihovi specifični toplinski kapaciteti pri konstantnom volumenu i konstantnom tlaku malo se razlikuju.

Specifična toplina isparavanja.

Za pretvaranje tekućine u paru tijekom procesa vrenja potrebno joj je predati određenu količinu topline. Temperatura tekućine se ne mijenja kada vrije. Transformacija tekućine u paru pri konstantnoj temperaturi ne dovodi do povećanja kinetičke energije molekula, ali je popraćena povećanjem potencijalne energije njihove interakcije. Uostalom, prosječna udaljenost između molekula plina puno je veća nego između molekula tekućine.

Naziva se vrijednost brojčano jednaka količini topline potrebnoj da se tekućina od 1 kg pretvori u paru pri konstantnoj temperaturi određena toplina isparavanje.

Proces isparavanja tekućine događa se na bilo kojoj temperaturi, dok najbrže molekule napuštaju tekućinu, a ona se tijekom isparavanja hladi. Specifična toplina isparavanja jednaka je specifičnoj toplini isparavanja.

Ova vrijednost je označena slovom r i izražena je u džulima po kilogramu (J/kg).

Specifična toplina isparavanja vode je vrlo visoka: r H20 = 2,256 10 6 J/kg pri temperaturi od 100 °C. U drugim tekućinama, kao što su alkohol, eter, živa, kerozin, specifična toplina isparavanja je 3-10 puta manja od vode.

Za pretvaranje tekućine mase m u paru potrebna je količina topline jednaka:

Q p \u003d rm. (13.6)

Kada se para kondenzira, oslobađa se ista količina topline:

Q k \u003d -rm. (13.7)

Specifična toplina taljenja.

Kada se kristalno tijelo topi, sva toplina koja mu se dovodi odlazi na povećanje potencijalne energije interakcije molekula. Kinetička energija molekula se ne mijenja, budući da se taljenje događa pri konstantnoj temperaturi.

Vrijednost brojčano jednaka količini topline potrebnoj da se kristalna tvar mase 1 kg na točki tališta pretvori u tekućinu naziva se specifična toplina taljenja a označavaju se slovom λ.

Tijekom kristalizacije tvari mase 1 kg oslobađa se točno onoliko topline koliko se apsorbira tijekom taljenja.

Specifična toplina taljenja leda je prilično visoka: 3,34 10 5 J/kg.

“Da led nema visoku toplinu taljenja, tada bi se u proljeće cijela masa leda morala otopiti u nekoliko minuta ili sekundi, budući da se toplina kontinuirano prenosi na led iz zraka. Posljedice toga bile bi strašne; jer čak i pod sadašnjom situacijom velike poplave i velike vodene bujice proizlaze iz otapanja velikih masa leda ili snijega.” R. Black, 18. stoljeće

Za taljenje kristalnog tijela mase m potrebna je količina topline jednaka:

Qpl \u003d λm. (13.8)

Količina topline koja se oslobađa tijekom kristalizacije tijela jednaka je:

Q cr = -λm (13.9)

Jednadžba toplinske ravnoteže.

Razmotrimo izmjenu topline unutar sustava koji se sastoji od nekoliko tijela koja početno imaju različite temperature, na primjer, izmjenu topline između vode u posudi i vruće željezne kugle spuštene u vodu. Prema zakonu održanja energije, količina topline koju preda jedno tijelo brojčano je jednaka količini topline koju primi drugo.

Zadana količina topline smatra se negativnom, primljena količina topline smatra se pozitivnom. Dakle, ukupna količina topline Q1 + Q2 = 0.

Ako dolazi do izmjene topline između više tijela u izoliranom sustavu, tada

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

Jednadžba (13.10) naziva se jednadžba bilance topline.

Ovdje Q 1 Q 2 , Q 3 - količina topline koju su primila ili predala tijela. Te se količine topline izražavaju formulom (13.5) ili formulama (13.6) - (13.9), ako se u procesu prijenosa topline događaju različite fazne transformacije tvari (taljenje, kristalizacija, isparavanje, kondenzacija).

Toplinski kapacitet je količina topline koju apsorbira tijelo kada se zagrije za 1 stupanj.

Toplinski kapacitet tijela označava se velikim slovima latinično pismo IZ.

Što određuje toplinski kapacitet tijela? Prije svega, od svoje mase. Jasno je da će zagrijavanje, na primjer, 1 kilograma vode zahtijevati više topline nego zagrijavanje 200 grama.

Što je s vrstom tvari? Napravimo eksperiment. Uzmimo dvije identične posude i, ulijevajući u jednu vodu težine 400 g, au drugu biljno ulje težine 400 g, počet ćemo ih zagrijavati uz pomoć identičnih plamenika. Promatrajući očitanja termometara, vidjet ćemo da se ulje brzo zagrijava. Da bi se voda i ulje zagrijali na istu temperaturu, vodu je potrebno duže zagrijavati. Ali što dulje zagrijavamo vodu, to više topline dobiva od plamenika.

Dakle, za zagrijavanje iste mase različite tvari potrebna je ista temperatura drugačiji iznos toplina. Količina topline potrebna za zagrijavanje tijela, a time i njegov toplinski kapacitet ovise o vrsti tvari od koje se to tijelo sastoji.

Tako je, na primjer, za povećanje temperature vode mase 1 kg za 1 °C potrebna količina topline jednaka 4200 J, a za zagrijavanje iste mase za 1 °C suncokretovo ulje potrebna je količina topline jednaka 1700 J.

Fizička veličina koja pokazuje koliko je topline potrebno za zagrijavanje 1 kg tvari za 1 ºS zove se određena toplina ovu tvar.

Svaka tvar ima svoj specifični toplinski kapacitet koji se označava latiničnim slovom c i mjeri u džulima po kilogram-stupnju (J/(kg°C)).

Specifični toplinski kapacitet iste tvari u različitim agregatna stanja(kruto, tekuće i plinovito) je različito. Na primjer, specifični toplinski kapacitet vode je 4200 J/(kg ºS), a specifični toplinski kapacitet leda je 2100 J/(kg ºS); aluminij u čvrstom stanju ima specifični toplinski kapacitet od 920 J / (kg - ° C), au tekućem stanju - 1080 J / (kg - ° C).

Imajte na umu da voda ima vrlo visok specifični toplinski kapacitet. Stoga voda u morima i oceanima, zagrijavajući se ljeti, apsorbira veliku količinu topline iz zraka. Zbog toga, na onim mjestima koja se nalaze u blizini velikih vodenih tijela, ljeto nije tako vruće kao na mjestima daleko od vode.

Izračun količine topline potrebne za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja.

Iz navedenog je jasno da količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o vrsti tvari od koje se tijelo sastoji (odnosno o njegovom specifičnom toplinskom kapacitetu) i o masi tijela. Također je jasno da količina topline ovisi o tome za koliko stupnjeva ćemo povećati temperaturu tijela.

Dakle, da biste odredili količinu topline potrebnu za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja, morate pomnožiti specifičnu toplinu tijela s njegovom masom i razlikom između njegove konačne i početne temperature:

Q= cm (t 2 -t 1),

gdje Q- količina topline, c- specifični toplinski kapacitet, m- tjelesna masa, t1- početna temperatura, t2- konačna temperatura.

Kad se tijelo zagrije t2> t1 i zbog toga Q >0 . Kad se tijelo ohladi t 2i< t1 i zbog toga Q< 0 .

Ako je poznat toplinski kapacitet cijelog tijela IZ, Q određuje se formulom: Q \u003d C (t 2 - t1).

22) Taljenje: definicija, proračun količine topline za taljenje ili skrućivanje, specifična toplina taljenja, graf t 0 (Q).

Termodinamika

Poglavlje molekularna fizika, koji proučava prijenos energije, obrasce transformacije jednih vrsta energije u druge. Za razliku od molekularno-kinetičke teorije, termodinamika ne uzima u obzir unutarnja struktura tvari i mikroparametri.

Termodinamički sustav

Ovo je skup tijela koja izmjenjuju energiju (u obliku rada ili topline) međusobno ili sa okoliš. Na primjer, voda u čajniku se hladi, dolazi do izmjene topline vode s čajnikom i čajnika s okolinom. Cilindar s plinom ispod klipa: klip obavlja rad, uslijed čega plin dobiva energiju i mijenjaju se njegovi makro parametri.

Količina topline

to energije, koju prima ili daje sustav u procesu izmjene topline. Označava se simbolom Q, mjeri se, kao i svaka energija, u džulima.

Kao rezultat različitih procesa prijenosa topline, energija koja se prenosi određena je na svoj način.

Grijanje i hlađenje

Ovaj proces karakterizira promjena temperature sustava. Količina topline određena je formulom

Specifični toplinski kapacitet tvari sa mjereno količinom topline potrebnom za zagrijavanje jedinice mase ove tvari za 1K. Zagrijavanje 1 kg stakla ili 1 kg vode zahtijeva različitu količinu energije. Specifični toplinski kapacitet je poznata vrijednost već izračunata za sve tvari, pogledajte vrijednost u fizičkim tablicama.

Toplinski kapacitet tvari C- ovo je količina topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela bez uzimanja u obzir njegove mase za 1K.

Taljenje i kristalizacija

Taljenje je prijelaz tvari iz kruto stanje u tekućinu. Obrnuti prijelaz naziva se kristalizacija.

Energija potrošena na uništavanje kristalne rešetke tvari određena je formulom

Specifična toplina taljenja je poznata vrijednost za svaku tvar, pogledajte vrijednost u fizičkim tablicama.

Isparavanje (isparavanje ili vrenje) i kondenzacija

Isparavanje je prijelaz tvari iz tekućeg (krutog) stanja u plinovito stanje. obrnuti proces naziva se kondenzacija.

Specifična toplina isparavanja je poznata vrijednost za svaku tvar, pogledajte vrijednost u fizičkim tablicama.

Izgaranje

Količina topline koja se oslobađa kada tvar gori

Specifična toplina izgaranja je poznata vrijednost za svaku tvar, pogledajte vrijednost u fizičkim tablicama.

Za zatvoreni i adijabatski izolirani sustav tijela jednadžba toplinske ravnoteže je zadovoljena. Algebarski zbroj količina topline koju daju i primaju sva tijela koja sudjeluju u izmjeni topline jednaka je nuli:

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

23) Struktura tekućina. Površinski sloj. Sila površinske napetosti: primjeri manifestacije, proračun, koeficijent površinske napetosti.

S vremena na vrijeme, bilo koja se molekula može pomaknuti na susjedno prazno mjesto. Takvi skokovi u tekućinama događaju se prilično često; dakle, molekule nisu vezane za određene centre, kao u kristalima, i mogu se kretati po cijelom volumenu tekućine. Ovo objašnjava fluidnost tekućina. Zbog jake interakcije između blisko raspoređenih molekula, one mogu formirati lokalne (nestabilne) uređene skupine koje sadrže nekoliko molekula. Ova pojava se zove poredak kratkog dometa(Slika 3.5.1).

Koeficijent β naziva se temperaturni koeficijent proširenje volumena . Ovaj koeficijent za tekućine je deset puta veći nego za čvrste tvari. Za vodu, na primjer, pri temperaturi od 20 ° C, β in ≈ 2 10 - 4 K - 1, za čelik β st ≈ 3,6 10 - 5 K - 1, za kvarcno staklo β kv ≈ 9 10 - 6 K - jedan .

Toplinsko širenje vode ima zanimljivu i važnu anomaliju za život na Zemlji. Na temperaturama nižim od 4 °C voda se širi s padom temperature (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Kada se voda smrzne, ona se širi, pa led ostaje plutati na površini vode koja se smrzava. Temperatura smrzavanja vode ispod leda je 0°C. U gušćim slojevima vode blizu dna akumulacije temperatura je oko 4 °C. Zahvaljujući tome, život može postojati u vodi ledenih rezervoara.

Najviše zanimljiva značajka tekućina je prisutnost slobodna površina . Tekućina, za razliku od plinova, ne ispunjava cijeli volumen posude u koju je ulivena. Međusklop se formira između tekućine i plina (ili pare) koji se nalazi u posebni uvjeti u usporedbi s ostalom tekućom masom.Treba imati na umu da zbog izrazito niske stlačivosti prisutnost gušće zbijenog površinskog sloja ne dovodi do značajnije promjene volumena tekućine. Ako se molekula pomakne s površine u tekućinu, sile međumolekularnog međudjelovanja izvršit će pozitivan rad. Naprotiv, da bi povukli određeni broj molekula iz dubine tekućine na površinu (tj. povećali površinu tekućine), vanjske sile moraju izvršiti pozitivan rad Δ A vanjski, proporcionalan promjeni Δ S površina:

Iz mehanike je poznato da ravnotežna stanja sustava odgovaraju minimalna vrijednost njegovu potencijalnu energiju. Slijedi da slobodna površina tekućine nastoji smanjiti svoju površinu. Iz tog razloga slobodna kap tekućine poprima sferni oblik. Tekućina se ponaša kao da sile djeluju tangencijalno na njezinu površinu, smanjujući (kontrahirajući) tu površinu. Te se sile nazivaju sile površinske napetosti .

Prisutnost sila površinske napetosti čini da površina tekućine izgleda kao elastično rastegnuti film, s jedinom razlikom što elastične sile u filmu ovise o njegovoj površini (tj. o tome kako je film deformiran), a sile površinskog napetosti ne ovise na površini tekućine.

Neke tekućine, poput sapunice, imaju sposobnost stvaranja tankih filmova. Svi poznati mjehurići od sapunice imaju pravilan sferni oblik - to također očituje djelovanje sila površinske napetosti. Ako se u otopinu sapunice spusti žičani okvir čija je jedna strana pomična, on će cijeli biti prekriven filmom tekućine (slika 3.5.3).

Sile površinske napetosti nastoje skratiti površinu filma. Da bi se uravnotežila pomična strana okvira, na nju mora djelovati vanjska sila. Ako se pod djelovanjem sile prečka pomakne za Δ x, zatim rad Δ A ekst = F vanjski Δ x = Δ Ep = σΔ S, gdje je ∆ S = 2LΔ x je povećanje površine obje strane sapunskog filma. Kako su moduli sila i isti, možemo napisati:

Dakle, koeficijent površinske napetosti σ može se definirati kao modul sile površinske napetosti koja djeluje po jedinici duljine linije koja ograničava površinu.

Zbog djelovanja sila površinske napetosti u kapljicama tekućine i unutar mjehurića sapunice stvara se prekomjerni tlak Δ str. Ako mentalno prerežemo sferičnu kap polumjera R na dvije polovice, tada svaka od njih mora biti u ravnoteži pod djelovanjem sila površinske napetosti primijenjenih na granicu reza duljine 2π R te sile nadpritiska koje djeluju na površinu π R 2 odjeljka (slika 3.5.4). Uvjet ravnoteže se piše kao

Ako su te sile veće od sila međudjelovanja između molekula same tekućine, tada tekućina mokri površina čvrstog tijela. U tom slučaju tekućina se približava površini krutine pod nekim oštar kutθ, karakteristična za dati par tekućina - krutina. Kut θ naziva se kontaktni kut . Ako sile interakcije između molekula tekućine premašuju sile njihove interakcije s molekulama krutih tvari, kontaktni kut θ ispada tup (slika 3.5.5). U ovom slučaju se kaže da tekućina ne mokri površina čvrstog tijela. Na potpuno vlaženjeθ = 0, pri potpuno nekvašenjeθ = 180°.

kapilarne pojave zove se porast ili pad tekućine u cijevima malog promjera - kapilare. Močeće tekućine se dižu kroz kapilare, nemočeće se spuštaju.

Na sl. 3.5.6 prikazuje kapilarnu cijev određenog radijusa r spušten donjim krajem u tekućinu za vlaženje gustoće ρ. Gornji kraj kapilare je otvoren. Dizanje tekućine u kapilari nastavlja se sve dok sila gravitacije koja djeluje na stupac tekućine u kapilari ne postane jednaka u apsolutnoj vrijednosti rezultirajućoj F n sile površinske napetosti koje djeluju duž granice kontakta tekućine s površinom kapilare: F t = F n, gdje F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Iz čega slijedi:

S potpunim nekvašenjem, θ = 180°, cos θ = –1 i, prema tome, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Voda gotovo potpuno nakvasi čistu staklenu površinu. Nasuprot tome, živa ne smoči potpuno staklenu površinu. Zbog toga razina žive u staklenoj kapilari pada ispod razine u posudi.

24) Isparavanje: definicija, vrste (isparavanje, vrenje), proračun količine topline za isparavanje i kondenzaciju, specifična toplina isparavanja.

Isparavanje i kondenzacija. Objašnjenje fenomena isparavanja na temelju ideja o molekularnoj strukturi tvari. Specifična toplina isparavanja. Njezine jedinice.

Pojava prelaska tekućine u paru naziva se isparavanje.

Isparavanje - proces isparavanja koji se javlja s otvorene površine.

Molekule u tekućini kreću se s različite brzine. Ako se neka molekula nalazi na površini tekućine, ona može nadvladati privlačnost susjednih molekula i izletjeti iz tekućine. Molekule koje izlaze tvore paru. Brzine preostalih molekula tekućine mijenjaju se pri sudaru. U tom slučaju neke molekule postižu brzinu dovoljnu da izlete iz tekućine. Taj se proces nastavlja, pa tekućine sporo isparavaju.

*Brzina isparavanja ovisi o vrsti tekućine. Brže isparavaju one tekućine u kojima se molekule privlače s manjom silom.

*Do isparavanja može doći na bilo kojoj temperaturi. Ali kod visoke temperature isparavanje je brže .

*Brzina isparavanja ovisi o njegovoj površini.

*Kod vjetra (strujanja zraka), isparavanje se događa brže.

Tijekom isparavanja unutarnja energija opada jer. tijekom isparavanja, brze molekule napuštaju tekućinu, stoga se prosječna brzina preostalih molekula smanjuje. To znači da ako nema dotoka energije izvana, tada se temperatura tekućine smanjuje.

Pojava prelaska pare u tekućinu naziva se kondenzacija. Prati ga oslobađanje energije.

Kondenzacija pare objašnjava nastanak oblaka. Vodena para koja se diže iznad tla stvara oblake u gornjim hladnim slojevima zraka, koji se sastoje od sitnih kapljica vode.

Specifična toplina isparavanja - fizički. količina koja pokazuje koliko je topline potrebno da se tekućina mase 1 kg pretvori u paru bez promjene temperature.

Oud. toplina isparavanja označava se slovom L i mjeri se u J/kg

Oud. toplina isparavanja vode: L=2,3×10 6 J/kg, alkohola L=0,9×10 6

Količina topline potrebna da se tekućina pretvori u paru: Q = Lm

Unutarnju energiju plina u cilindru možete mijenjati ne samo radom, već i zagrijavanjem plina (slika 43). Ako je klip nepomičan, tada se volumen plina neće promijeniti, ali će se temperatura, a time i unutarnja energija, povećati.
Proces prijenosa energije s jednog tijela na drugo bez vršenja rada naziva se prijenos topline ili prijenos topline.

Energija koja se prenosi na tijelo kao rezultat prijenosa topline naziva se količina topline. Količina topline naziva se i energija koju tijelo predaje u procesu prijenosa topline.

Molekularna slika prijenosa topline. Tijekom izmjene topline na granici između tijela sporo pokretne molekule hladnog tijela međusobno djeluju s brže pokretnim molekulama vrućeg tijela. Zbog toga se kinetičke energije molekula izjednačuju i brzine molekula hladnog tijela se povećavaju, a vrućeg tijela smanjuju.

Tijekom izmjene topline ne dolazi do pretvorbe energije iz jednog oblika u drugi: dio unutarnje energije vrućeg tijela prenosi se na hladno tijelo.

Količina topline i toplinski kapacitet. Iz kolegija fizike VII razreda poznato je da je za zagrijavanje tijela mase m od temperature t 1 do temperature t 2 potrebno mu priopćiti količinu topline.

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

Kada se tijelo hladi, njegova vječna temperatura t 2 manja je od početne t 1 i količina topline koju tijelo preda je negativna.
Koeficijent c u formuli (4.5) naziva se određena toplina. Specifični toplinski kapacitet je količina topline koju 1 kg tvari primi ili preda kada se njezina temperatura promijeni za 1 K.

Specifični toplinski kapacitet izražava se u džulima po kilogramu puta kelvina. Različita tijela zahtijevaju različitu količinu energije za povećanje temperature za 1 K. Tako je specifični toplinski kapacitet vode 4190 J/(kg K), a bakra 380 J/(kg K).

Specifični toplinski kapacitet ne ovisi samo o svojstvima tvari, već i o procesu prijenosa topline. Ako zagrijavate plin pri konstantnom tlaku, on će se širiti i raditi. Da bi se plin zagrijao za 1°C pri konstantnom tlaku, trebat će mu prenijeti više topline nego da bi se zagrijao pri konstantnom volumenu.

Tekućine i krutine lagano se šire zagrijavanjem, a njihovi specifični toplinski kapaciteti pri stalnom volumenu i stalnom tlaku malo se razlikuju.

Specifična toplina isparavanja. Da bi se tekućina pretvorila u paru, potrebno joj je predati određenu količinu topline. Temperatura tekućine se ne mijenja tijekom ove transformacije. Pretvorba tekućine u paru pri konstantnoj temperaturi ne dovodi do povećanja kinetičke energije molekula, ali je popraćena povećanjem njihove potencijalne energije. Uostalom, prosječna udaljenost između molekula plina mnogo je puta veća nego između molekula tekućine. Osim toga, povećanje volumena tijekom prijelaza tvari iz tekućeg u plinovito stanje zahtijeva rad protiv sila vanjskog tlaka.

Količina topline potrebna da se 1 kg tekućine pretvori u paru pri konstantnoj temperaturi naziva se specifična toplina isparavanja. Ova vrijednost je označena slovom r i izražena u džulima po kilogramu.

Specifična toplina isparavanja vode je vrlo visoka: 2,256 · 10 6 J/kg na 100°C. Za ostale tekućine (alkohol, eter, živa, kerozin itd.) specifična toplina isparavanja je 3-10 puta manja.

Za pretvaranje tekućine mase m u paru potrebna je količina topline jednaka:

Kada se para kondenzira, oslobađa se ista količina topline

Q k = –rm. (4.7)

Specifična toplina taljenja. Kada se kristalno tijelo topi, sva toplina koja mu se dovodi odlazi na povećanje potencijalne energije molekula. Kinetička energija molekula se ne mijenja, budući da se taljenje događa pri konstantnoj temperaturi.

Količina topline λ (lambda) potrebna da se 1 kg kristalne tvari na talištu pretvori u tekućinu iste temperature naziva se specifična toplina taljenja.

Pri kristalizaciji 1 kg tvari oslobađa se točno toliko topline. Specifična toplina topljenja leda je prilično visoka: 3,4 10 5 J/kg.

Za taljenje kristalnog tijela mase m potrebna je količina topline jednaka:

Qpl \u003d λm. (4.8)

Količina topline koja se oslobađa tijekom kristalizacije tijela jednaka je:

Q cr = - λm. (4.9)

1. Kako se naziva količina topline? 2. Što određuje specifični toplinski kapacitet tvari? 3. Što se naziva specifičnom toplinom isparavanja? 4. Što se zove specifična toplina taljenja? 5. U kojim slučajevima je količina prenesene topline negativna?