Notranjo energijo termodinamičnega sistema lahko spremenimo na dva načina:

1. delati čez sistemsko delo,
2. z uporabo toplotne interakcije.

Prenos toplote na telo ni povezan z izvajanjem makroskopskega dela na telesu. IN v tem primeru Sprememba notranje energije je posledica dejstva, da posamezne molekule telesa z višjo temperaturo delujejo na nekatere molekule telesa z nižjo temperaturo. V tem primeru se toplotna interakcija realizira zaradi toplotne prevodnosti. Prenos energije je mogoč tudi s pomočjo sevanja. Sistem mikroskopskih procesov (ki se ne nanašajo na celotno telo, temveč na posamezne molekule) imenujemo prenos toplote. Količina energije, ki se zaradi prenosa toplote prenese z enega telesa na drugo, je določena s količino toplote, ki se prenese z enega telesa na drugo.

Opredelitev

Toplota je energija, ki jo prejme (ali odda) telo v procesu izmenjave toplote z okoliškimi telesi (okoljem). Simbol za toploto je običajno črka Q.

To je ena izmed osnovnih veličin v termodinamiki. Toplota je vključena v matematične izraze prvega in drugega zakona termodinamike. Toplota naj bi bila energija v obliki molekularnega gibanja.

Toplota se lahko prenaša na sistem (telo) ali pa se od njega odvzema. Menijo, da če se toplota prenese v sistem, potem je pozitivna.

Formula za izračun toplote pri spremembi temperature

Elementarno količino toplote označimo z. Naj opozorimo, da element toplote, ki ga sistem sprejme (odda) z majhno spremembo svojega stanja, ni popolna razlika. Razlog za to je, da je toplota funkcija procesa spreminjanja stanja sistema.

Osnovna količina toplote, ki je dovedena sistemu in se temperatura spremeni od T do T+dT, je enaka:

kjer je C toplotna kapaciteta telesa. Če je zadevno telo homogeno, lahko formulo (1) za količino toplote predstavimo kot:

kjer je specifična toplotna kapaciteta telesa, m je masa telesa, je molska toplotna kapaciteta, je molska masa snovi, je število molov snovi.

Če je telo homogeno in se toplotna kapaciteta šteje za neodvisno od temperature, potem lahko količino toplote (), ki jo telo prejme, ko se njegova temperatura poveča za znesek, izračunamo kot:

kjer je t 2, t 1 telesna temperatura pred in po ogrevanju. Upoštevajte, da lahko pri iskanju razlike () v izračunih temperature zamenjate tako v stopinjah Celzija kot v kelvinih.

Formula za količino toplote med faznimi prehodi

Prehod iz ene faze snovi v drugo spremlja absorpcija ali sproščanje določene količine toplote, ki jo imenujemo toplota faznega prehoda.

Torej, za prenos elementa snovi iz trdnega stanja v tekočino, mu je treba dati količino toplote (), ki je enaka:

kjer je specifična talilna toplota, dm je element telesne mase. Upoštevati je treba, da mora imeti telo temperaturo, ki je enaka tališču zadevne snovi. Pri kristalizaciji se sprošča toplota enaka (4).

Količino toplote (toplota izhlapevanja), potrebno za pretvorbo tekočine v paro, lahko najdete kot:

kjer je r specifična toplota izparevanja. Ko para kondenzira, se sprosti toplota. Toplota izparevanja je enaka toploti kondenzacije enakih mas snovi.

Enote za merjenje količine toplote

Osnovna merska enota za količino toplote v sistemu SI je: [Q]=J

Izvensistemska enota toplote, ki jo pogosto najdemo v tehnični izračuni. [Q]=kal (kalorija). 1 cal=4,1868 J.

Primeri reševanja problemov

Primer

telovadba. Kakšne količine vode je treba zmešati, da dobimo 200 litrov vode pri temperaturi t = 40 C, če je temperatura ene mase vode t 1 = 10 C, temperatura druge mase vode t 2 = 60 C? ?

rešitev. Zapišimo enačbo toplotne bilance v obliki:

kjer je Q=cmt količina toplote, pripravljene po mešanju vode; Q 1 = cm 1 t 1 - količina toplote dela vode s temperaturo t 1 in maso m 1; Q 2 = cm 2 t 2 - količina toplote dela vode s temperaturo t 2 in maso m 2.

Iz enačbe (1.1) sledi:

Pri združevanju hladnega (V 1) in vročega (V 2) dela vode v eno prostornino (V) lahko predpostavimo, da:

Tako dobimo sistem enačb:

Ko jo rešimo, dobimo:

Kot veste, med različnimi mehanskimi procesi pride do spremembe mehanske energije W meh. Merilo spremembe mehanske energije je delo sil, ki delujejo na sistem:

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

Pri izmenjavi toplote pride do spremembe notranje energije telesa. Merilo za spremembo notranje energije med prenosom toplote je količina toplote.

Količina toplote je merilo za spremembo notranje energije, ki jo telo prejme (ali odda) med procesom izmenjave toplote.

Tako delo kot količina toplote označujeta spremembo energije, nista pa enaka energiji. Ne označujejo stanja samega sistema, temveč določajo proces prehoda energije iz ene vrste v drugo (iz enega telesa v drugo), ko se stanje spremeni in so bistveno odvisne od narave procesa.

Glavna razlika med delom in količino toplote je v tem, da delo označuje proces spreminjanja notranje energije sistema, ki ga spremlja preoblikovanje energije iz ene vrste v drugo (iz mehanske v notranjo). Količina toplote označuje proces prenosa notranje energije iz enega telesa v drugega (od bolj ogrevanega do manj ogrevanega), ki ga ne spremljajo energijske transformacije.

Izkušnje kažejo, da je količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesne mase m na temperaturo T 1 na temperaturo T 2, izračunano po formuli

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

Kje c- specifična toplotna kapaciteta snovi;

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

Enota SI za specifično toplotno kapaciteto je joule na kilogram Kelvina (J/(kg K)).

Specifična toplota c je številčno enaka količini toplote, ki jo je treba privesti telesu, ki tehta 1 kg, da se segreje za 1 K.

Toplotna zmogljivost telo C T je številčno enaka količini toplote, ki je potrebna za spremembo telesne temperature za 1 K:

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

Enota SI za toplotno kapaciteto telesa je joule na Kelvin (J/K).

Za pretvorbo tekočine v paro pri stalni temperaturi je potrebno porabiti določeno količino toplote

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

Kje L- specifična toplota uparjanja. Pri kondenzaciji pare se sprosti enaka količina toplote.

Da bi stopili kristalno telo tehtanje m pri tališču mora telo sporočiti količino toplote

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

Kje λ - specifična talilna toplota. Ko telo kristalizira, se sprosti enaka količina toplote.

Količina toplote, ki se sprosti med popolnim zgorevanjem mase goriva m,

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

Kje q- specifična zgorevalna toplota.

Enota SI za specifične toplote uparjanja, taljenja in zgorevanja je joule na kilogram (J/kg).

Literatura

Aksenovich L. A. Fizika v Srednja šola: Teorija. Naloge. Testi: Učbenik. dodatek za ustanove, ki izvajajo splošno izobraževanje. okolje, izobraževanje / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - Str. 154-155.

« Fizika - 10. razred"

V katerih procesih potekajo agregatne pretvorbe snovi?
Kako lahko spremenite agregatno stanje snovi?

Vsakemu telesu lahko spremenite notranjo energijo z delom, segrevanjem ali, nasprotno, ohlajanjem.
Torej pri kovanju kovine poteka delo in se segreva, hkrati pa lahko kovino segrevamo nad gorečim plamenom.

Tudi, če je bat pritrjen (slika 13.5), se prostornina plina pri segrevanju ne spremeni in se ne opravi nobeno delo. Toda temperatura plina in s tem njegova notranja energija se povečata.

Notranja energija se lahko povečuje in zmanjšuje, zato je lahko količina toplote pozitivna ali negativna.

Proces prenosa energije z enega telesa na drugo brez opravljanja dela se imenuje izmenjava toplote.

Kvantitativno merilo spremembe notranje energije med prenosom toplote imenujemo količino toplote.

Molekularna slika prenosa toplote.

Pri izmenjavi toplote na meji med telesi pride do interakcije počasi gibajočih se molekul hladnega telesa s hitro gibajočimi se molekulami vročega telesa. Zaradi tega se kinetične energije molekul izenačijo in se hitrosti molekul hladnega telesa povečajo, vročega telesa pa zmanjšajo.

Pri izmenjavi toplote se energija ne pretvarja iz ene oblike v drugo, temveč se del notranje energije bolj segretega telesa prenese na manj segreto telo.

Količina toplote in toplotna kapaciteta.

Že veste, da je za segrevanje telesa z maso m s temperature t 1 na temperaturo t 2 potrebno, da mu predamo določeno količino toplote:

Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13,5)

Ko se telo ohladi, se izkaže, da je njegova končna temperatura t 2 nižja od začetne temperature t 1 in količina toplote, ki jo odda telo, je negativna.

Koeficient c v formuli (13.5) se imenuje specifično toplotno kapaciteto snovi.

Specifična toplota- to je količina, ki je številčno enaka količini toplote, ki jo snov z maso 1 kg prejme ali sprosti, ko se njena temperatura spremeni za 1 K.

Specifična toplotna kapaciteta plinov je odvisna od procesa prenosa toplote. Če segrevate plin pri stalnem tlaku, se bo razširil in opravil delo. Za segrevanje plina za 1 °C pri konstantnem tlaku ga je treba dati velika količina toplote kot za segrevanje pri konstantnem volumnu, ko se bo plin samo segreval.

Tekočine in trdne snovi se pri segrevanju rahlo razširijo. Njihove specifične toplotne kapacitete pri stalni prostornini in konstantnem tlaku se malo razlikujejo.

Specifična toplota uparjanja.

Da se tekočina med vrenjem pretvori v paro, ji mora prenesti določeno količino toplote. Temperatura tekočine se ne spremeni, ko zavre. Pretvorba tekočine v paro pri konstantni temperaturi ne vodi do povečanja kinetične energije molekul, ampak ga spremlja povečanje potencialne energije njihove interakcije. Navsezadnje je povprečna razdalja med molekulami plina veliko večja kot med molekulami tekočine.

Količina, ki je številčno enaka količini toplote, ki je potrebna za pretvorbo tekočine, ki tehta 1 kg, v paro pri stalni temperaturi, se imenuje Specifična toplota uparjanje.

Proces izhlapevanja tekočine poteka pri kateri koli temperaturi, medtem ko najhitrejše molekule zapustijo tekočino in se med izhlapevanjem ohladi. Specifična toplota uparjanja je enaka specifični toploti uparjanja.

Ta vrednost je označena s črko r in izražena v joulih na kilogram (J/kg).

Specifična toplota uparjanja vode je zelo visoka: r H20 = 2,256 10 6 J/kg pri temperaturi 100 °C. Za druge tekočine, na primer alkohol, eter, živo srebro, kerozin, je specifična toplota uparjanja 3-10-krat manjša od vode.

Za pretvorbo tekočine z maso m v paro je potrebna količina toplote, ki je enaka:

Q p = rm. (13,6)

Pri kondenzaciji pare se sprosti enaka količina toplote:

Q k = -rm. (13,7)

Specifična talilna toplota.

Ko se kristalno telo tali, gre vsa toplota, ki mu je dovedena, za povečanje potencialne energije interakcije med molekulami. Kinetična energija molekul se ne spremeni, saj taljenje poteka pri konstantni temperaturi.

Vrednost, ki je številčno enaka količini toplote, ki je potrebna za pretvorbo kristalne snovi, ki tehta 1 kg pri tališču v tekočino, se imenuje specifična talilna toplota in jih označujemo s črko λ.

Pri kristalizaciji snovi, ki tehta 1 kg, se sprosti natanko toliko toplote, kot se je absorbira pri taljenju.

Specifična toplota taljenja ledu je precej visoka: 3,34 10 5 J/kg.

»Če led ne bi imel visoke talilne toplote, bi se morala spomladi celotna masa ledu stopiti v nekaj minutah ali sekundah, saj se toplota na led neprestano prenaša iz zraka. Posledice tega bi bile hude; navsezadnje tudi v sedanjih razmerah ob taljenju velikih gmot ledu ali snega nastanejo velike poplave in močni vodotoki.« R. Black, XVIII stoletje.

Za taljenje kristalnega telesa z maso m je potrebna količina toplote, ki je enaka:

Qpl = λm. (13,8)

Količina toplote, ki se sprosti pri kristalizaciji telesa, je enaka:

Q cr = -λm (13,9)

Enačba toplotne bilance.

Oglejmo si izmenjavo toplote v sistemu, sestavljenem iz več teles, ki imajo na začetku različne temperature, na primer izmenjavo toplote med vodo v posodi in vročo železno kroglo, spuščeno v vodo. Po zakonu o ohranitvi energije je količina toplote, ki jo odda eno telo, številčno enaka količini toplote, ki jo prejme drugo.

Oddana količina toplote se šteje za negativno, količina prejete toplote pa za pozitivno. Zato je skupna količina toplote Q1 + Q2 = 0.

Če pride do izmenjave toplote med več telesi v izoliranem sistemu, potem

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

Enačba (13.10) se imenuje enačba toplotne bilance.

Tu sta Q 1 Q 2, Q 3 količine toplote, ki jo telesa prejmejo ali oddajo. Te količine toplote izrazimo s formulo (13.5) ali formulami (13.6)-(13.9), če med procesom izmenjave toplote pride do različnih faznih transformacij snovi (taljenje, kristalizacija, uparjanje, kondenzacija).

Toplotna zmogljivost- to je količina toplote, ki jo telo absorbira pri segrevanju za 1 stopinjo.

Toplotno kapaciteto telesa označuje velika črka latinska črka Z.

Od česa je odvisna toplotna kapaciteta telesa? Najprej od njegove mase. Jasno je, da bo segrevanje na primer 1 kilograma vode zahtevalo več toplote kot segrevanje 200 gramov.

Kaj pa vrsta snovi? Naredimo poskus. Vzemimo dve enaki posodi in v eno nalijemo vodo, ki tehta 400 g, v drugo pa - rastlinsko olje tehtajo 400 g, jih začnemo segrevati z enakimi gorilniki. Z opazovanjem odčitkov termometra bomo videli, da se olje hitro segreje. Da se voda in olje segrejeta na enako temperaturo, je treba vodo segrevati dlje. A dlje kot vodo segrevamo, več toplote prejme od gorilnika.

Tako za segrevanje iste mase različne snovi na enako zahtevano temperaturo različne količine toplina. Količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa, in s tem njegova toplotna kapaciteta sta odvisni od vrste snovi, iz katere je telo sestavljeno.

Tako je na primer za povečanje temperature vode, ki tehta 1 kg, za 1 °C potrebna količina toplote, ki je enaka 4200 J, in za segrevanje iste mase za 1 °C. sončnično olje zahtevana količina toplote je 1700 J.

Fizična količina ki prikazuje, koliko toplote je potrebno za segrevanje 1 kg snovi za 1 ºС, se imenuje specifično toplotno kapaciteto te snovi.

Vsaka snov ima svojo specifično toplotno kapaciteto, ki jo označujemo z latinsko črko c in merimo v joulih na kilogram stopinje (J/(kg °C)).

Specifična toplotna kapaciteta iste snovi je različna agregatna stanja(trdno, tekoče in plinasto) je različno. Na primer, specifična toplotna kapaciteta vode je 4200 J/(kg °C), specifična toplotna kapaciteta ledu pa 2100 J/(kg °C); aluminij v trdnem stanju ima specifično toplotno kapaciteto 920 J/(kg - °C), v tekočem stanju pa 1080 J/(kg - °C).

Upoštevajte, da ima voda zelo visoko specifično toplotno kapaciteto. Zato voda v morjih in oceanih, ki se poleti segreje, absorbira veliko količino toplote iz zraka. Zahvaljujoč temu v tistih krajih, ki se nahajajo v bližini velikih vodnih teles, poletje ni tako vroče kot v krajih, ki so daleč od vode.

Izračun količine toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa ali ki jo telo sprosti pri ohlajanju.

Iz navedenega je razvidno, da je količina toplote, ki je potrebna za segrevanje telesa, odvisna od vrste snovi, iz katere je telo sestavljeno (to je njena specifična toplotna kapaciteta) in od mase telesa. Jasno je tudi, da je količina toplote odvisna od tega, za koliko stopinj bomo povišali telesno temperaturo.

Če želite torej določiti količino toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa ali ki jo telo sprosti med ohlajanjem, morate specifično toplotno kapaciteto telesa pomnožiti z njegovo maso in z razliko med njegovo končno in začetno temperaturo:

Q= cm (t 2 -t 1),

Kje Q- količino toplote, c- specifična toplotna kapaciteta, m- telesna masa, t 1- začetna temperatura, t 2- končna temperatura.

Ko se telo segreje t 2> t 1 in zato Q >0 . Ko se telo ohladi t 2i< t 1 in zato Q< 0 .

Če je znana toplotna kapaciteta celotnega telesa Z, Q določeno s formulo: Q = C (t 2 - t 1).

22) Taljenje: definicija, izračun količine toplote za taljenje ali strjevanje, specifična talilna toplota, graf t 0 (Q).

Termodinamika

Odsek molekularna fizika, ki preučuje prenos energije, vzorce transformacije enih vrst energije v druge. Za razliko od molekularne kinetične teorije termodinamika ne upošteva notranja struktura snovi in ​​mikroparametri.

Termodinamični sistem

Je skupek teles, ki izmenjujejo energijo (v obliki dela ali toplote) med seboj ali z okolju. Na primer, voda v kotličku se ohlaja, toplota se izmenjuje med vodo in kotličkom ter toplota kotlička z okoljem. Jeklenka s plinom pod batom: bat opravlja delo, zaradi česar plin prejme energijo in se spremenijo njegovi makroparametri.

Količina toplote

to energija, ki jih sistem sprejme ali odda v procesu izmenjave toplote. Označena s simbolom Q, se meri kot vsaka energija v Joulih.

Kot posledica različnih procesov izmenjave toplote se energija, ki se prenaša, določa na svoj način.

Ogrevanje in hlajenje

Za ta proces je značilna sprememba temperature sistema. Količina toplote je določena s formulo

Specifična toplotna kapaciteta snovi s merjeno s količino toplote, ki je potrebna za ogrevanje enote mase te snovi za 1K. Segrevanje 1 kg stekla ali 1 kg vode zahteva različne količine energije. Specifična toplotna kapaciteta je znana količina, že izračunana za vse snovi; glej vrednost v fizikalnih tabelah.

Toplotna kapaciteta snovi C- to je količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa brez upoštevanja njegove mase za 1K.

Taljenje in kristalizacija

Taljenje je prehod snovi iz trdno stanje v tekočino. Obratni prehod imenujemo kristalizacija.

Energija, ki se porabi za uničenje kristalne mreže snovi, je določena s formulo

Specifična talilna toplota je znana vrednost za vsako snov; glej vrednost v fizikalnih tabelah.

Uparjanje (izhlapevanje ali vrenje) in kondenzacija

Uparjanje je prehod snovi iz tekočega (trdnega) stanja v plinasto stanje. Obratni postopek imenujemo kondenzacija.

Specifična toplota uparjanja je znana vrednost za vsako snov; glej vrednost v fizikalnih tabelah.

zgorevanje

Količina toplote, ki se sprosti, ko snov zgori

Specifična zgorevalna toplota je znana vrednost za vsako snov; glej vrednost v fizikalnih tabelah.

Za zaprt in adiabatno izoliran sistem teles je enačba toplotne bilance izpolnjena. Algebraična vsota količina toplote, ki jo oddajo in prejmejo vsa telesa, ki sodelujejo pri izmenjavi toplote, je enaka nič:

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

23) Zgradba tekočin. Površinski sloj. Sila površinske napetosti: primeri manifestacije, izračun, koeficient površinske napetosti.

Od časa do časa se lahko katera koli molekula premakne na bližnjo prosto lokacijo. Takšni skoki v tekočinah se pojavljajo precej pogosto; zato molekule niso vezane na določene centre, kot pri kristalih, in se lahko gibljejo po celotnem volumnu tekočine. To pojasnjuje fluidnost tekočin. Zaradi močne interakcije med tesno lociranimi molekulami lahko tvorijo lokalne (nestabilne) urejene skupine, ki vsebujejo več molekul. Ta pojav se imenuje zapri naročilo(slika 3.5.1).

Koeficient β se imenuje temperaturni koeficient volumetrična ekspanzija . Ta koeficient za tekočine je desetkrat večji kot za trdne snovi. Za vodo, na primer, pri temperaturi 20 °C β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, za jeklo β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, za kremenčevo steklo β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .

Toplotno širjenje vode ima zanimivo in pomembno anomalijo za življenje na Zemlji. Pri temperaturah pod 4 °C se voda z nižanjem temperature razširi (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Ko voda zmrzne, se razširi, tako da led ostane lebdeč na površini zmrzljivega vodnega telesa. Temperatura zmrzovanja vode pod ledom je 0 °C. V gostejših plasteh vode na dnu rezervoarja je temperatura okoli 4 °C. Zahvaljujoč temu lahko življenje obstaja v vodi zamrzovalnih rezervoarjev.

večina zanimiva lastnost tekočine je prisotnost prosta površina . Tekočina za razliko od plinov ne zapolni celotne prostornine posode, v katero se vlije. Med tekočino in plinom (ali paro) se oblikuje vmesnik, ki se nahaja v posebni pogoji v primerjavi s preostalo tekočo maso. Upoštevati je treba, da zaradi izjemno nizke stisljivosti prisotnost bolj gosto zapakirane površinske plasti ne vodi do opazne spremembe prostornine tekočine. Če se molekula premakne s površine v tekočino, bodo sile medmolekularne interakcije opravile pozitivno delo. Nasprotno, da bi potegnili določeno število molekul iz globine tekočine na površje (tj. povečali površino tekočine), morajo zunanje sile opraviti pozitivno delo Δ A zunanji, sorazmeren s spremembo Δ S površina:

Iz mehanike je znano, da ravnotežna stanja sistema ustrezajo najmanjša vrednost njegovo potencialno energijo. Iz tega sledi, da prosta površina tekočine teži k zmanjšanju njene površine. Zaradi tega dobi prosta kapljica tekočine sferično obliko. Tekočina se obnaša, kot da sile, ki delujejo tangencialno na njeno površino, krčijo (vlečejo) to površino. Te sile se imenujejo sile površinske napetosti .

Zaradi prisotnosti sil površinske napetosti je površina tekočine videti kot elastičen raztegnjen film, s to razliko, da so elastične sile v filmu odvisne od njegove površine (tj. od tega, kako je film deformiran) in površinske napetosti. sile niso odvisni na površini tekočine.

Nekatere tekočine, kot je voda z milnico, lahko tvorijo tanke filme. Dobro znani milni mehurčki imajo pravilno sferično obliko – tudi to kaže na delovanje sil površinske napetosti. Če žični okvir, katerega ena stran je premična, spustimo v milno raztopino, bo celoten okvir prekrit s filmom tekočine (slika 3.5.3).

Sile površinske napetosti težijo k zmanjšanju površine filma. Za uravnoteženje premične strani okvirja je treba nanjo delovati z zunanjo silo, če se pod vplivom sile prečka premakne za Δ x, potem bo izvedeno delo Δ A vn = F vn Δ x = Δ E str = σΔ S, kjer je Δ S = 2LΔ x– povečanje površine obeh strani mila. Ker sta modula sil in enaka, lahko zapišemo:

Tako lahko koeficient površinske napetosti σ definiramo kot modul sile površinske napetosti, ki deluje na enoto dolžine črte, ki omejuje površino.

Zaradi delovanja sil površinske napetosti v kapljicah tekočine in znotraj milnih mehurčkov nastane nadtlak Δ str. Če v mislih odrežete sferično kapljico polmera R na dve polovici, potem mora biti vsaka od njiju v ravnovesju pod delovanjem sil površinske napetosti, ki delujejo na mejo reza dolžine 2π R in sile presežnega tlaka, ki delujejo na površino π R 2 razdelka (slika 3.5.4). Pogoj ravnotežja je zapisan kot

Če so te sile večje od sil interakcije med molekulami same tekočine, potem tekočina mokri površina trdne snovi. V tem primeru se tekočina na nekaj časa približa površini trdnega telesa ostri kotθ, značilnost danega para tekočina-trdno. Kot θ se imenuje kontaktni kot . Če sile interakcije med molekulami tekočine presegajo sile njihove interakcije s trdnimi molekulami, se kontaktni kot θ izkaže za topo (slika 3.5.5). V tem primeru pravijo, da je tekočina ne zmoči površina trdne snovi. pri popolno omočenjeθ = 0, pri popolno nemočenjeθ = 180°.

Kapilarni pojavi imenujemo dvig ali padec tekočine v ceveh majhnega premera - kapilare. Omočilne tekočine se po kapilarah dvigajo, neomočljive pa spuščajo.

Na sl. 3.5.6 prikazuje kapilarno cev določenega polmera r, spuščen na spodnjem koncu v vlažilno tekočino z gostoto ρ. Zgornji konec kapilare je odprt. Dvig tekočine v kapilari se nadaljuje, dokler sila težnosti, ki deluje na steber tekočine v kapilari, ne postane po velikosti enaka rezultanti F n sile površinske napetosti, ki delujejo vzdolž meje stika tekočine s površino kapilare: F t = F n, kje F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

To pomeni:

Pri popolnem nenamočenju θ = 180° je cos θ = –1 in zato h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Voda skoraj popolnoma zmoči čisto stekleno površino. Nasprotno, živo srebro ne zmoči popolnoma steklene površine. Zato nivo živega srebra v stekleni kapilari pade pod nivo v posodi.

24) Uparjanje: definicija, vrste (izparevanje, vrelišče), izračun količine toplote za uparjanje in kondenzacijo, specifična toplota uparjanja.

Izhlapevanje in kondenzacija. Razlaga pojava izhlapevanja na podlagi idej o molekularni zgradbi snovi. Specifična toplota uparjanja. Njegove enote.

Pojav pretvorbe tekočine v paro imenujemo uparjanje.

Izhlapevanje - proces izhlapevanja, ki poteka z odprte površine.

Molekule tekočine se premikajo z pri različnih hitrostih. Če katera koli molekula konča na površini tekočine, lahko premaga privlačnost sosednjih molekul in odleti iz tekočine. Izmetene molekule tvorijo paro. Preostale molekule tekočine ob trku spremenijo hitrost. Hkrati nekatere molekule dosežejo dovolj hitrosti, da poletijo iz tekočine. Ta proces se nadaljuje, tako da tekočine počasi izhlapevajo.

*Hitrost izhlapevanja je odvisna od vrste tekočine. Tiste tekočine, katerih molekule se privlačijo z manjšo silo, izhlapijo hitreje.

*Do izhlapevanja lahko pride pri kateri koli temperaturi. Ampak ko visoke temperature izhlapevanje poteka hitreje .

*Hitrost izhlapevanja je odvisna od njegove površine.

*Z vetrom (pretok zraka) pride do izhlapevanja hitreje.

Med izparevanjem se notranja energija zmanjša, saj Pri izhlapevanju tekočina zapusti hitre molekule, zato se povprečna hitrost preostalih molekul zmanjša. To pomeni, da če ni dotoka energije od zunaj, se temperatura tekočine zmanjša.

Pojav pretvorbe hlapov v tekočino imenujemo kondenzacija. Spremlja ga sproščanje energije.

Kondenzacija pare pojasnjuje nastanek oblakov. Vodna para, ki se dviga nad tlemi, tvori oblake v zgornjih hladnih plasteh zraka, ki so sestavljeni iz drobnih vodnih kapljic.

Specifična toplota uparjanja – fizično vrednost, ki kaže, koliko toplote je potrebno za pretvorbo tekočine, ki tehta 1 kg, v paro brez spremembe temperature.

Ud. toplota uparjanja označena s črko L in merjena v J/kg

Ud. toplota uparjanja vode: L=2,3×10 6 J/kg, alkohola L=0,9×10 6

Količina toplote, potrebna za pretvorbo tekočine v paro: Q = Lm

Notranjo energijo plina v jeklenki lahko spreminjamo ne samo z delom, temveč tudi s segrevanjem plina (slika 43). Če pritrdite bat, se prostornina plina ne bo spremenila, povečala pa se bo temperatura in s tem notranja energija.
Proces prenosa energije z enega telesa na drugo brez opravljanja dela imenujemo izmenjava toplote ali prenos toplote.

Energija, ki se prenese na telo zaradi izmenjave toplote, se imenuje količina toplote. Količino toplote imenujemo tudi energija, ki jo telo odda pri izmenjavi toplote.

Molekularna slika prenosa toplote. Pri izmenjavi toplote na meji med telesi pride do interakcije počasi gibajočih se molekul hladnega telesa s hitreje gibajočimi se molekulami vročega telesa. Zaradi tega se kinetične energije molekul izenačijo in se hitrosti molekul hladnega telesa povečajo, vročega telesa pa zmanjšajo.

Pri izmenjavi toplote se energija ne pretvarja iz ene oblike v drugo: del notranje energije vročega telesa se prenese na hladno telo.

Količina toplote in toplotna kapaciteta. Iz tečaja fizike VII. razreda je znano, da je za segrevanje telesa z maso m od temperature t 1 do temperature t 2 potrebno sporočiti količino toplote.

Q = cm(t 2 – t 1) = cmΔt. (4,5)

Ko se telo ohladi, je njegova večna temperatura t 2 nižja od začetne temperature t 1 in količina toplote, ki jo telo odda, je negativna.
Koeficient c v formuli (4.5) se imenuje specifično toplotno kapaciteto. Specifična toplotna kapaciteta je količina toplote, ki jo 1 kg snovi sprejme ali odda, ko se njena temperatura spremeni za 1 K.

Specifična toplotna kapaciteta je izražena v džulih, deljenih s kilogrami, pomnoženimi s kelvini. Različna telesa potrebujejo različno količino energije za zvišanje temperature za 1 K. Tako je specifična toplotna kapaciteta vode 4190 J/(kg K), bakra pa 380 J/(kg K).

Specifična toplotna kapaciteta ni odvisna samo od lastnosti snovi, ampak tudi od procesa, s katerim poteka prenos toplote. Če segrevate plin pri stalnem tlaku, se bo razširil in opravil delo. Za segrevanje plina za 1 °C pri konstantnem tlaku bo treba nanj prenesti več toplote, kot da bi ga segreli pri konstantnem volumnu.

Tekoča in trdna telesa se pri segrevanju rahlo razširijo, njihove specifične toplotne kapacitete pri stalni prostornini in konstantnem tlaku pa se malo razlikujejo.

Specifična toplota uparjanja. Za pretvorbo tekočine v paro je treba nanjo prenesti določeno količino toplote. Temperatura tekočine se med to transformacijo ne spremeni. Pretvorba tekočine v paro pri konstantni temperaturi ne vodi do povečanja kinetične energije molekul, ampak ga spremlja povečanje njihove potencialne energije. Navsezadnje je povprečna razdalja med molekulami plina večkrat večja kot med molekulami tekočine. Poleg tega je za povečanje prostornine med prehodom snovi iz tekočega v plinasto stanje potrebno delo proti zunanjim tlačnim silam.

Količina toplote, ki je potrebna za pretvorbo 1 kg tekočine v paro pri stalni temperaturi, se imenuje specifična toplota uparjanja. Ta količina je označena s črko r in izražena v joulih na kilogram.

Specifična toplota uparjanja vode je zelo visoka: 2,256 · 10 6 J/kg pri temperaturi 100°C. Za druge tekočine (alkohol, eter, živo srebro, kerozin itd.) je specifična toplota uparjanja 3-10-krat manjša.

Za pretvorbo tekočine z maso m v paro je potrebna količina toplote, ki je enaka:

Pri kondenzaciji pare se sprosti enaka količina toplote

Q k = –rm. (4,7)

Specifična talilna toplota. Ko se kristalno telo tali, gre vsa toplota, ki mu je dovedena, za povečanje potencialne energije molekul. Kinetična energija molekul se ne spremeni, saj taljenje poteka pri konstantni temperaturi.

Količina toplote λ (lambda), potrebna za pretvorbo 1 kg kristalinične snovi pri tališču v tekočino pri isti temperaturi, se imenuje specifična talilna toplota.

Ko kristalizira 1 kg snovi, se sprosti ravno toliko toplote. Specifična toplota taljenja ledu je precej visoka: 3,4 · 10 5 J/kg.

Za taljenje kristalnega telesa z maso m je potrebna količina toplote, ki je enaka:

Qpl = λm. (4,8)

Količina toplote, ki se sprosti pri kristalizaciji telesa, je enaka:

Qcr = – λm. (4,9)

1. Kako se imenuje količina toplote? 2. Od česa je odvisna specifična toplotna kapaciteta snovi? 3. Kako se imenuje specifična toplota uparjanja? 4. Kako se imenuje specifična talilna toplota? 5. V katerih primerih je količina prenesene toplote negativna?