Notranjo energijo termodinamičnega sistema lahko spremenimo na dva načina:

1. zavezati več sistemsko delo,
2. skozi toplotno interakcijo.

Prenos toplote na telo ni povezan z izvajanjem makroskopskega dela na telesu. IN ta primer 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 možen 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

toplina imenujemo energija, ki jo sprejme (ali odda) telo v procesu izmenjave toplote z okoliškimi telesi (okoljem). Toplota je običajno označena s črko 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.

Toploto lahko sistemu (telesu) posredujemo ali pa mu jo odvzamemo. Verjame se, da je toplota pozitivna, če je sistemu dovedena toplota.

Formula za izračun toplote s spremembo temperature

Elementarna količina toplote je označena z. Upoštevajte, da element toplote, ki ga sistem prejme (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 se sporoči sistemu in se temperatura spremeni od T do T + dT, je:

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

kjer je specifična toplota 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 vrednost, 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, ga je treba obvestiti o količini toplote (), ki je enaka:

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

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

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

Enote za merjenje količine toplote

Osnovna enota za merjenje količine toplote v sistemu SI je: [Q]=J

Izvensistemska enota za toploto, 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=40C, če je temperatura ene mase vode t 1 =10C, druge mase vode t 2 =60C?

rešitev. Enačbo toplotne bilance zapišemo v obliki:

kjer je Q=cmt - količina toplote, pripravljene po mešanju vode; Q 1 \u003d cm 1 t 1 - količina toplote dela vode s temperaturo t 1 in maso m 1; Q 2 \u003d cm 2 t 2 - količina toplote dela vode s temperaturo t 2 in maso m 2.

Enačba (1.1) pomeni:

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

Tako dobimo sistem enačb:

Če ga 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 prenosu toplote pride do spremembe notranje energije telesa. Merilo spremembe notranje energije med prenosom toplote je količina toplote.

Količina toplote je merilo za spremembo notranje energije, ki jo telo prejme (ali odda) v procesu prenosa toplote.

Tako delo kot količina toplote označujeta spremembo energije, nista pa enaki energiji. Ne označujejo stanja samega sistema, temveč določajo proces prenosa energije iz ene oblike v drugo (iz enega telesa v drugo), ko se stanje spremeni in so v bistvu 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 telesa z maso m temperaturo T 1 na temperaturo T 2 se izračuna po formuli

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

Kje c- specifično toplotno kapaciteto snovi;

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

Enota SI za specifično toploto je joule na kilogram-Kelvin (J/(kg K)).

Specifična toplota c je številčno enaka količini toplote, ki jo je treba privesti telesu z maso 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 potrebna količina toplote

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

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

Da bi stopili kristalno telo z maso m pri tališču je potrebno, da telo sporoči količino toplote

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

Kje λ - specifična talilna toplota. Med kristalizacijo telesa 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: Proc. dodatek za zavode, ki zagotavljajo splošno. okolja, izobraževanje / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 154-155.

« Fizika - 10. razred "

Pri katerih procesih pride do agregatnega preoblikovanja snovi?
Kako se lahko spremeni agregatno stanje?

Vsakemu telesu lahko spremenite notranjo energijo z delom, segrevanjem ali, nasprotno, ohlajanjem.
Tako 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 ni opravljeno 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.

Med izmenjavo toplote na meji med telesi medsebojno delujejo počasi gibajoče se molekule 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 ne prihaja do pretvorbe energije iz ene oblike v drugo, temveč se del notranje energije bolj vročega telesa prenese na manj segreto telo.

Količina toplote in toplotna kapaciteta.

Že veste, da je za segrevanje telesa z maso m od temperature t 1 do temperature t 2 potrebno nanj prenesti količino toplote:

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

Ko se telo ohladi, se njegova končna temperatura t 2 izkaže za nižjo 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 vrednost, ki je številčno enaka količini toplote, ki jo snov z maso 1 kg prejme ali odda, 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 prenesti 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.

Za pretvorbo tekočine v paro med postopkom vrenja je potrebno vanj 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.

Imenuje se vrednost, ki je številčno enaka količini toplote, ki je potrebna za pretvorbo 1 kg tekočine v paro pri stalni temperaturi 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 je 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. V drugih tekočinah, kot so alkohol, eter, živo srebro, kerozin, je specifična toplota uparjanja 3-10-krat manjša kot pri vodi.

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

Q p \u003d rm. (13,6)

Pri kondenzaciji pare se sprosti enaka količina toplote:

Q k \u003d -rm. (13,7)

Specifična talilna toplota.

Ko se kristalno telo tali, gre vsa toplota, ki mu je dovedena, za povečanje potencialne energije interakcije molekul. 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 s težo 1 kg pri tališču v tekočino, se imenuje specifična talilna toplota in jih označujemo s črko λ.

Pri kristalizaciji snovi z maso 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 nenehno prenaša iz zraka. Posledice tega bi bile hude; saj tudi v sedanjih razmerah velike poplave in hudourniki nastanejo zaradi taljenja velikih gmot ledu ali snega.« R. Black, 18. stoletje

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

Qpl \u003d λm. (13,8)

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

Q cr = -λm (13,9)

Enačba toplotne bilance.

Razmislite o izmenjavi toplote v sistemu, ki ga sestavlja 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.

Podana količina toplote se šteje za negativno, prejeta količina 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.

Tukaj Q 1 Q 2 , Q 3 - količina toplote, ki jo telesa prejmejo ali oddajo. Te količine toplote so izražene s formulo (13.5) ali formulami (13.6) - (13.9), če se v procesu prenosa toplote pojavijo različne fazne transformacije snovi (taljenje, kristalizacija, uparjanje, kondenzacija).

Toplotna zmogljivost je količina toplote, ki jo telo absorbira, ko se segreje za 1 stopinjo.

Toplotno kapaciteto telesa označujemo z velikimi črkami latinska črka Z.

Kaj določa toplotno kapaciteto 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 tako, da v eno nalijemo vodo, ki tehta 400 g, v drugo pa rastlinsko olje, ki tehta 400 g, ju začnemo segrevati s pomočjo enakih gorilnikov. Z opazovanjem odčitkov termometrov bomo ugotovili, da se olje hitro segreje. Da se voda in olje segrejeta na enako temperaturo, je treba vodo segrevati dlje. A dlje ko segrevamo vodo, več toplote prejme od gorilnika.

Tako za segrevanje iste mase različne snovi potrebna je enaka temperatura drugačen znesek toplina. Količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa, in posledično njegova toplotna kapaciteta sta odvisni od vrste snovi, iz katere je to telo sestavljeno.

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

Fizikalna količina, ki kaže, koliko toplote je potrebno za segrevanje 1 kg snovi za 1 ºС, se imenuje Specifična toplota to snov.

Vsaka snov ima svojo specifično toplotno kapaciteto, ki jo označujemo z latinsko črko c in merimo v džulih na kilogram stopinj (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 ºС), specifična toplotna kapaciteta ledu pa 2100 J/(kg ºС); 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 segrejejo, absorbira veliko količino toplote iz zraka. Zaradi tega 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 ogrevanje 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 jo sprosti med hlajenjem, morate specifično toploto telesa pomnožiti z njegovo maso in razliko med njegovo končno in začetno temperaturo:

Q= cm (t 2 -t 1),

Kje Q- količino toplote, c- specifična toplotna kapaciteta, m- telesna masa, t1- začetna temperatura, t2- končna temperatura.

Ko se telo segreje t2> t1 in zato Q >0 . Ko je telo ohlajeno t 2in< t1 in zato Q< 0 .

Če je znana toplotna kapaciteta celega telesa Z, Q se določi s formulo: Q \u003d C (t 2 - t1).

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. V nasprotju z molekularno-kinetično teorijo termodinamika ne upošteva notranja struktura snovi in ​​mikroparametri.

Termodinamični sistem

To je skupek teles, ki izmenjujejo energijo (v obliki dela ali toplote) med seboj ali z okolju. Na primer, voda v čajniku se ohladi, pride do izmenjave toplote vode s čajnikom in čajnika z okoljem. Cilinder s plinom pod batom: bat opravlja delo, zaradi česar plin prejme energijo in se spremenijo njegovi makro parametri.

Količina toplote

to energija, ki jo prejme ali odda sistem v procesu izmenjave toplote. Označeno s simbolom Q, merjeno kot vsaka energija v Joulih.

Kot posledica različnih procesov prenosa 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 masne enote te snovi za 1K. Za segrevanje 1 kg stekla ali 1 kg vode je potrebna različna količina energije. Specifična toplotna kapaciteta je znana vrednost, 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, porabljena za uničenje kristalne mreže snovi, je določena s formulo

Specifična talilna toplota je znana vrednost za vsako snov, glejte vrednost v fizikalnih tabelah.

Uparjanje (izhlapevanje ali vrenje) in kondenzacija

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

Specifična toplota uparjanja je znana vrednost za vsako snov, glejte vrednost v fizikalnih tabelah.

zgorevanje

Količina toplote, ki se sprosti, ko snov zgori

Specifična zgorevalna toplota je znana vrednost za vsako snov, glejte 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 sosednje prosto mesto. 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 nameščenimi molekulami lahko tvorijo lokalne (nestabilne) urejene skupine, ki vsebujejo več molekul. Ta pojav se imenuje red kratkega dosega(slika 3.5.1).

Koeficient β se imenuje temperaturni koeficient razširitev volumna . 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 širi z nižanjem temperature (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 zmrzovalnega vodnega telesa. Temperatura zmrzovanja vode pod ledom je 0°C. V gostejših plasteh vode blizu dna 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 hlapi), ki se nahaja v posebni pogoji v primerjavi s preostalo tekočo maso.Upoštevati je treba, da zaradi izjemno nizke stisljivosti prisotnost gostejšega površinskega sloja ne povzroči 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 površino (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 delujejo tangencialno na njeno površino in to površino zmanjšujejo (krčijo). 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), sile površinske napetosti pa niso odvisni na površini tekočine.

Nekatere tekočine, kot je voda z milnico, lahko tvorijo tanke filme. Vsi dobro znani milni mehurčki imajo pravilno sferično obliko - v tem se kaže tudi delovanje sil površinske napetosti. Če v milno raztopino spustimo žično ogrodje, katerega ena od strani je gibljiva, bo ves prekrit s filmom tekočine (slika 3.5.3).

Sile površinske napetosti ponavadi skrajšajo površino filma. Za uravnoteženje gibljive strani okvirja je treba nanjo delovati z zunanjo silo.Če se pod delovanjem sile prečka premakne za Δ x, potem delo Δ A ext = F zunanja Δ x = Δ Ep = σΔ S, kjer je ∆ S = 2LΔ x je 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 izrežemo 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 z dolžino 2π R in sile nadtlaka, 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 površino trdnega telesa. V tem primeru se tekočina pod nekaj približa površini trdne snovi ostri kotθ, značilen za dani par tekočina - trdna snov. 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 naj bi tekočina ne zmoči površino trdnega telesa. 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 cevko določenega polmera r s spodnjim koncem spustimo v vlažilno tekočino z gostoto ρ. Zgornji konec kapilare je odprt. Dvig tekočine v kapilari se nadaljuje, dokler sila težnosti, ki deluje na stolpec tekočine v kapilari, ne postane v absolutni vrednosti enaka nastali 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 je θ = 180°, 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 pa 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. Njene enote.

Pojav pretvorbe tekočine v paro imenujemo uparjanje.

Izhlapevanje - proces izparevanja, ki poteka z odprte površine.

Molekule v tekočini se premikajo z različne hitrosti. Če je katera koli molekula na površini tekočine, lahko premaga privlačnost sosednjih molekul in odleti iz tekočine. Uhajajoče molekule tvorijo hlape. Hitrosti preostalih molekul tekočine se ob trku spremenijo. V tem primeru nekatere molekule dosežejo dovolj hitrosti, da poletijo iz tekočine. Ta proces se nadaljuje, zato tekočine počasi izhlapevajo.

*Hitrost izhlapevanja je odvisna od vrste tekočine. Hitreje izhlapevajo tiste tekočine, v katerih se molekule privlačijo z manjšo silo.

*Do izhlapevanja lahko pride pri kateri koli temperaturi. Toda pri visoke temperature izhlapevanje je hitrejše .

*Hitrost izhlapevanja je odvisna od njegove površine.

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

Med izparevanjem se notranja energija zmanjša, saj. med izhlapevanjem hitre molekule zapustijo tekočino, zato se povprečna hitrost preostalih molekul zmanjša. To pomeni, da če ni dotoka energije od zunaj, se temperatura tekočine zmanjša.

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

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

Specifična toplota uparjanja - fizično. količina, ki kaže, koliko toplote je potrebno za pretvorbo tekočine z maso 1 kg v paro brez spremembe temperature.

Oud. toplota uparjanja označena s črko L in se meri v J / kg

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

Količina toplote, ki je 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 je bat pritrjen, se prostornina plina ne bo spremenila, vendar se bo temperatura in s tem notranja energija povečala.
Proces prenosa energije z enega telesa na drugo brez opravljanja dela imenujemo prenos toplote ali prenos toplote.

Energija, ki se prenese na telo zaradi prenosa toplote, se imenuje količina toplote. Količino toplote imenujemo tudi energija, ki jo telo odda v procesu prenosa toplote.

Molekularna slika prenosa toplote. Med izmenjavo toplote na meji med telesi medsebojno delujejo počasi gibajoče se molekule 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 ne pride do pretvorbe energije 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 \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cmΔt. (4,5)

Ko se telo ohladi, je njegova večna temperatura t 2 manjša od začetne t 1 in količina toplote, ki jo telo odda, je negativna.
Koeficient c v formuli (4.5) se imenuje Specifična toplota. 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 na kilogram krat kelvin. Različna telesa potrebujejo različno količino energije, da se temperatura poveča 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 moral prenesti več toplote, kot če bi ga segreval pri konstantnem volumnu.

Tekočine in trdne snovi 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 povečanje prostornine med prehodom snovi iz tekočega v plinasto stanje zahteva delo proti silam zunanjega tlaka.

Količina toplote, ki je potrebna za pretvorbo 1 kg tekočine v paro pri stalni temperaturi, se imenuje specifična toplota uparjanja. Ta vrednost 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 100°C. Pri drugih tekočinah (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

Qk = –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), ki je potrebna za pretvorbo 1 kg kristalinične snovi pri tališču v tekočino enake temperature, se imenuje specifična talilna toplota.

Pri kristalizaciji 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 \u003d λm. (4,8)

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

Q cr = - λm. (4,9)

1. Kaj imenujemo količina toplote? 2. Kaj določa specifično toplotno kapaciteto snovi? 3. Kaj imenujemo specifična toplota uparjanja? 4. Kaj imenujemo specifična talilna toplota? 5. V katerih primerih je količina prenesene toplote negativna?