Bir termodinamik sistemin iç enerjisi iki şekilde değiştirilebilir:

1. bitti sistem çalışması,
2. termal etkileşimi kullanarak.

Isının bir vücuda aktarılması, vücut üzerindeki makroskobik çalışmanın performansıyla ilişkili değildir. İÇİNDE bu durumdaİç enerjideki değişim, daha yüksek sıcaklıktaki bir cisimdeki bireysel moleküllerin, daha düşük sıcaklıktaki bir cisimdeki bazı moleküller üzerinde çalışması nedeniyle oluşur. Bu durumda termal iletkenlik nedeniyle termal etkileşim gerçekleşir. Radyasyon kullanılarak enerji transferi de mümkündür. Mikroskobik süreçler sistemine (tüm vücutla değil, bireysel moleküllerle ilgili) ısı transferi denir. Isı transferi sonucunda bir cisimden diğerine aktarılan enerji miktarı, bir cisimden diğerine aktarılan ısı miktarı ile belirlenir.

Tanım

SıcaklıkÇevredeki cisimlerle (çevre) ısı alışverişi sürecinde bir cisim tarafından alınan (veya verilen) enerjidir. Isı sembolü genellikle Q harfidir.

Bu termodinamiğin temel niceliklerinden biridir. Isı, termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarının matematiksel ifadelerinde yer almaktadır. Isının moleküler hareket formundaki enerji olduğu söylenir.

Isı sisteme (gövdeye) aktarılabilir veya ondan alınabilir. Isı sisteme aktarılırsa pozitif olduğuna inanılmaktadır.

Sıcaklık değiştiğinde ısıyı hesaplamak için formül

Temel ısı miktarını şu şekilde gösteririz: Sistemin durumundaki küçük bir değişiklikle aldığı (verdiği) ısı unsurunun tam bir diferansiyel olmadığını belirtelim. Bunun nedeni ısının sistemin durumunu değiştirme sürecinin bir fonksiyonu olmasıdır.

Sisteme verilen temel ısı miktarı ve sıcaklığın T'den T+dT'ye değişmesi şuna eşittir:

burada C vücudun ısı kapasitesidir. Söz konusu cisim homojen ise, ısı miktarına ilişkin formül (1) şu şekilde temsil edilebilir:

vücudun özgül ısı kapasitesi nerede, m vücudun kütlesi, molar ısı kapasitesi, molar maddenin kütlesi, maddenin mol sayısıdır.

Eğer cisim homojen ise ve ısı kapasitesi sıcaklıktan bağımsız kabul edilirse, o zaman vücudun sıcaklığı bir miktar arttığında aldığı ısı miktarı () şu şekilde hesaplanabilir:

burada t 2, t 1 ısıtmadan önce ve sonra vücut sıcaklıkları. Hesaplamalarda farkı () bulurken sıcaklıkların hem Santigrat derece hem de kelvin cinsinden değiştirilebileceğini lütfen unutmayın.

Faz geçişleri sırasındaki ısı miktarı formülü

Bir maddenin bir fazından diğerine geçişine, belirli miktarda ısının emilmesi veya salınması eşlik eder, buna faz geçiş ısısı denir.

Bu nedenle, bir madde elementini katı halden sıvıya aktarmak için ona aşağıdakilere eşit miktarda ısı () verilmelidir:

özgül füzyon ısısı nerede, dm vücut kütlesinin unsurudur. Vücudun söz konusu maddenin erime noktasına eşit bir sıcaklığa sahip olması gerektiği dikkate alınmalıdır. Kristalleşme sırasında (4)'e eşit ısı açığa çıkar.

Sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarı (buharlaşma ısısı) şu şekilde bulunabilir:

burada r, buharlaşmanın özgül ısısıdır. Buhar yoğunlaştığında ısı açığa çıkar. Buharlaşma ısısı, eşit madde kütlelerinin yoğunlaşma ısısına eşittir.

Isı miktarını ölçmek için birimler

SI sistemindeki ısı miktarının temel ölçüm birimi: [Q]=J

Genellikle vücutta bulunan ekstra sistemik bir ısı birimidir. teknik hesaplamalar. [Q]=cal (kalori). 1 kal=4,1868 J.

Problem çözme örnekleri

Örnek

Egzersiz yapmak. T = 40 C sıcaklıkta 200 litre su elde etmek için hangi hacimde su karıştırılmalıdır, suyun bir kütlesinin sıcaklığı t 1 = 10 C ise, ikinci su kütlesinin sıcaklığı t 2 = 60 C olur. ?

Çözüm. Isı dengesi denklemini şu şekilde yazalım:

burada Q=cmt suyun karıştırılmasından sonra hazırlanan ısı miktarıdır; Q 1 = cm 1 t 1 - suyun bir kısmının sıcaklığı t 1 ve kütlesi m 1 olan ısı miktarı; Q 2 = cm2 t2 - suyun bir kısmının sıcaklığı t2 ve kütlesi m2 olan ısı miktarı.

Denklem (1.1)'den şu sonuç çıkar:

Soğuk (V 1) ve sıcak (V 2) su kısımlarını tek bir hacimde (V) birleştirirken şunu varsayabiliriz:

Böylece bir denklem sistemi elde ederiz:

Bunu çözdükten sonra şunu elde ederiz:

Bilindiği gibi çeşitli mekanik işlemler sırasında mekanik enerjide bir değişiklik meydana gelir. K ha. Mekanik enerjideki değişimin bir ölçüsü sisteme uygulanan kuvvetlerin işidir:

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

Isı değişimi sırasında vücudun iç enerjisinde bir değişiklik meydana gelir. Isı transferi sırasında iç enerjideki değişimin bir ölçüsü ısı miktarıdır.

Isı miktarı Isı alışverişi sürecinde bir vücudun aldığı (veya bıraktığı) iç enerjideki değişimin bir ölçüsüdür.

Dolayısıyla hem iş hem de ısı miktarı enerjideki değişimi karakterize eder, ancak enerji ile aynı değildir. Sistemin durumunu karakterize etmezler, ancak durum değiştiğinde ve sürecin doğasına önemli ölçüde bağlı olduğunda enerjinin bir türden diğerine (bir vücuttan diğerine) geçiş sürecini belirlerler.

İş ile ısı miktarı arasındaki temel fark, işin, enerjinin bir türden diğerine (mekanikten içe) dönüşümüyle birlikte bir sistemin iç enerjisini değiştirme sürecini karakterize etmesidir. Isı miktarı, enerji dönüşümleri eşlik etmeden, iç enerjinin bir vücuttan diğerine (daha fazla ısıtılmıştan daha az ısıtılmışa) aktarım sürecini karakterize eder.

Deneyimler, bir vücut kütlesini ısıtmak için gereken ısı miktarının M sıcaklıkta T 1 ila sıcaklık T 2, formülle hesaplanır

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

Nerede C- maddenin özgül ısı kapasitesi;

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

Özgül ısı kapasitesinin SI birimi kilogram Kelvin başına joule'dür (J/(kg K)).

Özısı C 1 kg ağırlığındaki bir cismi 1 K ısıtmak için verilmesi gereken ısı miktarına sayısal olarak eşittir.

Isı kapasitesi vücut C T sayısal olarak vücut sıcaklığını 1 K değiştirmek için gereken ısı miktarına eşittir:

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

Bir cismin ısı kapasitesinin SI birimi Kelvin başına joule'dür (J/K).

Sabit sıcaklıkta bir sıvıyı buhara dönüştürmek için bir miktar ısı harcamak gerekir.

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

Nerede L- özgül buharlaşma ısısı. Buhar yoğunlaştığında aynı miktarda ısı açığa çıkar.

Ağırlığındaki kristal bir cismi eritmek için M erime noktasında vücudun ısı miktarını iletmesi gerekir

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

Nerede λ - özgül füzyon ısısı. Bir cisim kristalleştiğinde aynı miktarda ısı açığa çıkar.

Bir yakıt kütlesinin tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarı M,

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

Nerede Q- özgül yanma ısısı.

Buharlaşma, erime ve yanmanın özgül ısılarının SI birimi kilogram başına joule'dür (J/kg).

Edebiyat

Aksenovich L. A. Fizik lise: Teori. Görevler. Testler: Ders Kitabı. Genel eğitim veren kurumlar için ödenek. çevre, eğitim / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - S. 154-155.

« Fizik - 10. sınıf"

Maddenin toplu dönüşümleri hangi süreçlerde meydana gelir?
Bir maddenin toplanma durumunu nasıl değiştirebilirsiniz?

Herhangi bir bedenin iç enerjisini iş yaparak, ısıtarak veya tersine soğutarak değiştirebilirsiniz.
Böylece, bir metal dövülürken iş yapılır ve ısınır, aynı zamanda metal yanan bir alev üzerinde ısıtılabilir.

Ayrıca piston sabitse (Şekil 13.5), ısıtıldığında gazın hacmi değişmez ve iş yapılmaz. Ancak gazın sıcaklığı ve dolayısıyla iç enerjisi artar.

İç enerji artıp azalabilir, dolayısıyla ısı miktarı pozitif veya negatif olabilir.

Enerjinin bir cisimden diğerine iş yapmadan aktarılması işlemine denir Isı değişimi.

Isı transferi sırasında iç enerjide meydana gelen değişimin niceliksel ölçüsüne denir. ısı miktarı.

Isı transferinin moleküler resmi.

Cisimler arasındaki sınırdaki ısı değişimi sırasında, soğuk bir cismin yavaş hareket eden moleküllerinin, sıcak bir cismin hızlı hareket eden molekülleri ile etkileşimi meydana gelir. Sonuç olarak moleküllerin kinetik enerjileri eşitlenir ve soğuk cisimdeki moleküllerin hızları artarken, sıcak cisimdeki moleküllerin hızları azalır.

Isı değişimi sırasında enerji bir formdan diğerine dönüştürülmez; daha fazla ısıtılan bir cismin iç enerjisinin bir kısmı daha az ısıtılan bir cisme aktarılır.

Isı miktarı ve ısı kapasitesi.

Kütlesi m olan bir cismi t 1 sıcaklığından t 2 sıcaklığına ısıtmak için ona bir miktar ısı aktarmanın gerekli olduğunu zaten biliyorsunuz:

Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)

Bir cisim soğuduğunda, son sıcaklığı t 2, başlangıç ​​sıcaklığından t 1 daha düşük olur ve cisim tarafından verilen ısı miktarı negatif olur.

Formül (13.5)'teki c katsayısına denir spesifik ısı kapasitesi maddeler.

Özısı- bu, 1 kg ağırlığındaki bir maddenin sıcaklığı 1 K değiştiğinde aldığı veya verdiği ısı miktarına sayısal olarak eşit bir miktardır.

Gazların özgül ısı kapasitesi, ısı transferinin gerçekleştiği sürece bağlıdır. Bir gazı sabit basınçta ısıtırsanız genleşir ve iş yapar. Sabit basınçta bir gazı 1°C ısıtmak için, büyük miktar gazın yalnızca ısınacağı sabit bir hacimde ısıtmaktan daha fazla ısı.

Sıvılar ve katılar ısıtıldıklarında hafifçe genleşirler. Sabit hacim ve sabit basınçtaki spesifik ısı kapasiteleri çok az farklılık gösterir.

Özgül buharlaşma ısısı.

Kaynama işlemi sırasında bir sıvının buhara dönüştürülmesi için ona belirli bir miktarda ısının aktarılması gerekir. Bir sıvının sıcaklığı kaynadığında değişmez. Bir sıvının sabit bir sıcaklıkta buhara dönüşümü, moleküllerin kinetik enerjisinde bir artışa yol açmaz, ancak etkileşimlerinin potansiyel enerjisinde bir artışa eşlik eder. Sonuçta, gaz molekülleri arasındaki ortalama mesafe, sıvı moleküller arasındakinden çok daha fazladır.

Kütlesi 1 kg olan bir sıvının sabit sıcaklıkta buhara dönüştürülmesi için gereken ısı miktarına sayısal olarak eşit olan miktara denir. özısı buharlaşma.

Bir sıvının buharlaşma süreci herhangi bir sıcaklıkta meydana gelirken, en hızlı moleküller sıvıyı terk eder ve buharlaşma sırasında soğur. Spesifik buharlaşma ısısı, spesifik buharlaşma ısısına eşittir.

Bu değer r harfiyle gösterilir ve kilogram başına joule (J/kg) cinsinden ifade edilir.

Suyun buharlaşma özgül ısısı çok yüksektir: r H20 = 2,256 · 10 · 6 J/kg, 100 °C sıcaklıkta. Alkol, eter, cıva, gazyağı gibi diğer sıvılar için spesifik buharlaşma ısısı suyunkinden 3-10 kat daha azdır.

Kütlesi m olan bir sıvıyı buhara dönüştürmek için aşağıdakilere eşit miktarda ısı gerekir:

Q p = rm. (13.6)

Buhar yoğunlaştığında aynı miktarda ısı açığa çıkar:

Q k = -rm. (13.7)

Özgül füzyon ısısı.

Kristalin bir cisim eridiğinde, ona sağlanan tüm ısı, moleküller arasındaki etkileşimin potansiyel enerjisini artırmaya gider. Erime sabit sıcaklıkta gerçekleştiği için moleküllerin kinetik enerjisi değişmez.

Erime noktasında ağırlığı 1 kg olan kristal bir maddenin sıvıya dönüşmesi için gereken ısı miktarına sayısal olarak eşit olan değere denir. özgül füzyon ısısı ve λ harfi ile gösterilir.

1 kg ağırlığındaki bir madde kristalleştiğinde, erime sırasında emilen ısının tamamıyla aynı miktarda ısı açığa çıkar.

Buzun özgül erime ısısı oldukça yüksektir: 3,34 10 5 J/kg.

“Buzun yüksek bir erime ısısı olmasaydı, baharda tüm buz kütlesinin birkaç dakika veya saniye içinde erimesi gerekecekti, çünkü ısı sürekli olarak havadan buza aktarılıyor. Bunun sonuçları korkunç olacaktır; Sonuçta mevcut durumda bile büyük buz veya kar kütleleri eridiğinde büyük seller ve güçlü su akıntıları ortaya çıkıyor.” R. Black, XVIII yüzyıl.

Kütlesi m olan kristal bir cismi eritmek için aşağıdakilere eşit miktarda ısı gerekir:

Qpl = λm. (13.8)

Bir cismin kristalleşmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarı şuna eşittir:

Q cr = -λm (13,9)

Isı dengesi denklemi.

Başlangıçta farklı sıcaklıklara sahip birçok cisimden oluşan bir sistemdeki ısı alışverişini, örneğin bir kaptaki su ile suya indirilen sıcak bir demir top arasındaki ısı alışverişini ele alalım. Enerjinin korunumu yasasına göre, bir cisim tarafından verilen ısı miktarı sayısal olarak diğer bir cisim tarafından alınan ısı miktarına eşittir.

Verilen ısı miktarı negatif, alınan ısı miktarı ise pozitif kabul edilir. Bu nedenle toplam ısı miktarı Q1 + Q2 = 0.

Yalıtılmış bir sistemdeki birkaç cisim arasında ısı alışverişi meydana gelirse, o zaman

Ç 1 + Ç 2 + Ç 3 + ... = 0. (13.10)

Denklem (13.10) denir ısı dengesi denklemi.

Burada Q 1 Q 2, Q 3 cisimler tarafından alınan veya verilen ısı miktarlarıdır. Isı alışverişi işlemi sırasında maddenin çeşitli faz dönüşümleri (erime, kristalleşme, buharlaşma, yoğunlaşma) meydana gelirse, bu ısı miktarları formül (13.5) veya formül (13.6)-(13.9) ile ifade edilir.

Isı kapasitesi- 1 derece ısıtıldığında vücut tarafından emilen ısı miktarıdır.

Bir cismin ısı kapasitesi büyük harflerle gösterilir Latince harf İLE.

Bir vücudun ısı kapasitesi neye bağlıdır? Her şeyden önce kütlesinden. Örneğin 1 kilogram suyu ısıtmanın, 200 gram suyu ısıtmaktan daha fazla ısı gerektireceği açıktır.

Peki maddenin türü? Bir deney yapalım. İki özdeş kap alalım ve birine 400 gr ağırlığındaki suyu dökelim, diğerine - sebze yağı 400 g ağırlığında, aynı ocakları kullanarak ısıtmaya başlayalım. Termometre okumalarını gözlemleyerek yağın hızla ısındığını göreceğiz. Suyu ve yağı aynı sıcaklığa ısıtmak için suyun daha uzun süre ısıtılması gerekir. Ancak suyu ne kadar uzun süre ısıtırsak brülörden o kadar fazla ısı alır.

Böylece aynı kütleyi ısıtmak farklı maddeler gerekli olan aynı sıcaklığa farklı miktarlar sıcaklık. Bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı ve dolayısıyla ısı kapasitesi, cismi oluşturan maddenin türüne bağlıdır.

Yani örneğin ağırlığı 1 kg olan suyun sıcaklığını 1°C arttırmak için 4200 J kadar bir ısı miktarına ihtiyaç vardır ve aynı kütleyi 1°C ısıtmak gerekir. ayçiçek yağı gereken ısı miktarı 1700 J'dir.

Fiziksel miktar 1 kg maddeyi 1 ºС ısıtmak için ne kadar ısı gerektiğini gösterene denir spesifik ısı kapasitesi bu maddeden.

Her maddenin, Latince c harfiyle gösterilen ve kilogram derece başına joule (J/(kg °C)) cinsinden ölçülen kendine özgü ısı kapasitesi vardır.

Aynı maddenin farklı sıcaklıklardaki özgül ısı kapasitesi toplanma durumları(katı, sıvı ve gaz) farklıdır. Örneğin suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg °C), buzun özgül ısı kapasitesi ise 2100 J/(kg °C); katı haldeki alüminyumun özgül ısı kapasitesi 920 J/(kg - °C) ve sıvı halde - 1080 J/(kg - °C)'dir.

Suyun çok yüksek bir özgül ısı kapasitesine sahip olduğunu unutmayın. Bu nedenle denizlerde ve okyanuslarda yazın ısınan su, havadan büyük miktarda ısı emer. Bu sayede büyük su kütlelerinin yakınında bulunan yerlerde yazlar sudan uzak yerler kadar sıcak geçmez.

Bir cismi ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında serbest bıraktığı ısı miktarının hesaplanması.

Yukarıdakilerden, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarının, cismi oluşturan maddenin türüne (yani özgül ısı kapasitesine) ve cismin kütlesine bağlı olduğu açıktır. Isı miktarının vücut ısısını kaç derece artıracağımıza bağlı olduğu da açıktır.

Dolayısıyla, bir cismi ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında onun tarafından salınan ısı miktarını belirlemek için, cismin özgül ısı kapasitesini kütlesiyle ve son ve başlangıç ​​sıcaklıkları arasındaki farkla çarpmanız gerekir:

Q= santimetre (t 2 -t 1),

Nerede Q- ısı miktarı, C- özgül ısı kapasitesi, M- vücut kütlesi, t 1- başlangıç ​​sıcaklığı, t 2- son sıcaklık.

Vücut ısındığında t 2> t 1 ve bu nedenle Q >0 . Vücut soğuduğunda t 2i< t 1 ve bu nedenle Q< 0 .

Tüm vücudun ısı kapasitesi biliniyorsa İLE, Q formülle belirlenir: S = C (t 2 - t 1).

22) Erime: tanımı, erime veya katılaşma için gereken ısı miktarının hesaplanması, özgül füzyon ısısı, t 0 (Q) grafiği.

Termodinamik

Bölüm moleküler fizik Enerjinin transferini, bazı enerji türlerinin diğerlerine dönüşüm kalıplarını inceleyen. Moleküler kinetik teoriden farklı olarak termodinamik, iç yapı maddeler ve mikro parametreler.

Termodinamik sistem

Birbirleriyle veya birbirleriyle enerji (iş veya ısı şeklinde) alışverişi yapan cisimlerin bir topluluğudur. çevre. Örneğin çaydanlıktaki su soğur ve su ile çaydanlık arasında ve çaydanlığın ısısı ile ortam arasında ısı alışverişi olur. Pistonun altında gaz bulunan bir silindir: piston, gazın enerji alması ve makro parametrelerinin değişmesi sonucunda iş yapar.

Isı miktarı

Bu enerji Isı alışverişi işlemi sırasında sistemin aldığı veya bıraktığı. Q sembolüyle gösterilir ve herhangi bir enerji gibi Joule cinsinden ölçülür.

Çeşitli ısı değişim işlemleri sonucunda aktarılan enerji kendi yöntemiyle belirlenir.

Isıtmak ve soğutmak

Bu işlem, sistemin sıcaklığındaki bir değişiklik ile karakterize edilir. Isı miktarı formülle belirlenir

Bir maddenin özgül ısı kapasitesiısınmak için gereken ısı miktarıyla ölçülür kütle birimleri bu maddenin 1K kadarı. 1 kg cam veya 1 kg suyu ısıtmak farklı miktarlarda enerji gerektirir. Özgül ısı kapasitesi, tüm maddeler için önceden hesaplanmış, bilinen bir miktardır; fiziksel tablolardaki değere bakınız.

C maddesinin ısı kapasitesi- bu, kütlesini 1K dikkate almadan bir cismi ısıtmak için gerekli olan ısı miktarıdır.

Erime ve kristalleşme

Erime bir maddenin hal değişimidir katı hal sıvıya. Ters geçişe kristalleşme denir.

Bir maddenin kristal kafesinin yok edilmesi için harcanan enerji formülle belirlenir.

Spesifik füzyon ısısı her madde için bilinen bir değerdir; fiziksel tablolardaki değere bakın.

Buharlaşma (buharlaşma veya kaynama) ve yoğunlaşma

Buharlaşma, bir maddenin sıvı (katı) halden gaz haline geçmesidir. Ters süreç yoğunlaşma denir.

Buharlaşmanın özgül ısısı her madde için bilinen bir değerdir; fiziksel tablolardaki değere bakın.

Yanma

Bir maddenin yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarı

Yanma özgül ısısı her madde için bilinen bir değerdir; fiziksel tablolardaki değere bakın.

Kapalı ve adyabatik olarak yalıtılmış bir cisim sistemi için ısı dengesi denklemi sağlanır. Cebirsel toplam Isı alışverişine katılan tüm cisimlerin verdiği ve aldığı ısı miktarı sıfırdır:

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

23) Sıvıların yapısı. Yüzey katmanı. Yüzey gerilim kuvveti: tezahür örnekleri, hesaplama, yüzey gerilim katsayısı.

Zaman zaman herhangi bir molekül yakınlardaki boş bir konuma hareket edebilir. Sıvılarda bu tür sıçramalar oldukça sık meydana gelir; bu nedenle moleküller kristallerde olduğu gibi belirli merkezlere bağlı değildir ve sıvının tüm hacmi boyunca hareket edebilirler. Bu, sıvıların akışkanlığını açıklar. Yakın konumdaki moleküller arasındaki güçlü etkileşim nedeniyle, birkaç molekül içeren yerel (kararsız) düzenli gruplar oluşturabilirler. Bu fenomene denir emri kapat(Şekil 3.5.1).

β katsayısı denir sıcaklık katsayısı hacimsel genişleme . Sıvılar için bu katsayı, katılardan onlarca kat daha fazladır. Örneğin su için, 20 °C sıcaklıkta β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, çelik için β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, kuvars camı için β kv ≈ 9 10 – 6 K – 1 .

Suyun termal genleşmesi Dünya'daki yaşam için ilginç ve önemli bir anomaliye sahiptir. 4 °C'nin altındaki sıcaklıklarda, sıcaklık azaldıkça su genleşir (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Su donduğunda genişler, böylece buz, dondurucu bir su kütlesinin yüzeyinde yüzer halde kalır. Buzun altındaki suyun donma sıcaklığı 0°C'dir. Rezervuarın tabanındaki daha yoğun su katmanlarında sıcaklık yaklaşık 4 °C'dir. Bu sayede donan rezervuarların sularında hayat olabiliyor.

En ilginç özellik sıvılar varlığıdır Serbest yüzey . Sıvı, gazlardan farklı olarak içine döküldüğü kabın hacminin tamamını doldurmaz. Sıvı ve gaz (veya buhar) arasında, içinde bulunan bir arayüz oluşturulur. Özel durumlar sıvı kütlesinin geri kalanıyla karşılaştırıldığında.. Son derece düşük sıkıştırılabilirlik nedeniyle, daha yoğun paketlenmiş bir yüzey katmanının varlığının, sıvının hacminde gözle görülür herhangi bir değişikliğe yol açmadığı unutulmamalıdır. Bir molekül yüzeyden sıvıya doğru hareket ederse, moleküller arası etkileşim kuvvetleri pozitif iş yapacaktır. Aksine, belirli sayıda molekülün sıvının derinliklerinden yüzeye çekilmesi (yani sıvının yüzey alanının arttırılması) için dış kuvvetlerin pozitif iş yapması gerekir Δ A harici, değişimle orantılı Δ S yüzey alanı:

Mekanikten sistemin denge durumlarının aşağıdakilere karşılık geldiği bilinmektedir: Minimum değer potansiyel enerjisi. Bundan, sıvının serbest yüzeyinin alanını azaltma eğiliminde olduğu sonucu çıkar. Bu nedenle serbest bir sıvı damlası küresel bir şekil alır. Sıvı, yüzeyine teğetsel olarak etki eden kuvvetler bu yüzeyi daraltıyor (çekiyor) gibi davranır. Bu kuvvetlere denir yüzey gerilimi kuvvetleri .

Yüzey gerilim kuvvetlerinin varlığı, bir sıvının yüzeyini elastik gerilmiş bir film gibi gösterir; tek fark, filmdeki elastik kuvvetlerin yüzey alanına (yani filmin nasıl deforme olduğuna) ve yüzey gerilimine bağlı olmasıdır. kuvvetler bağımlı değil sıvının yüzey alanında.

Sabunlu su gibi bazı sıvılar ince filmler oluşturma özelliğine sahiptir. Bilinen sabun kabarcıkları düzenli küresel bir şekle sahiptir; bu aynı zamanda yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisini de gösterir. Yanlarından biri hareketli olan tel çerçeve sabunlu çözeltiye indirilirse çerçevenin tamamı bir sıvı filmiyle kaplanacaktır (Şekil 3.5.3).

Yüzey gerilimi kuvvetleri filmin yüzeyini azaltma eğilimindedir. Çerçevenin hareketli tarafını dengelemek için, kuvvetin etkisi altında çapraz çubuk Δ kadar hareket ederse, ona harici bir kuvvet uygulanmalıdır. XΔ işi gerçekleştirilecek A vn = F vn Δ X = Δ E p = σΔ S, burada Δ S = 2LΔ X– sabun filminin her iki tarafının yüzey alanında artış. Kuvvetlerin modülleri aynı olduğundan şunu yazabiliriz:

Böylece yüzey gerilim katsayısı σ şu şekilde tanımlanabilir: yüzeyi sınırlayan çizginin birim uzunluğu başına etki eden yüzey gerilim kuvvetinin modülü.

Sıvı damlalarındaki ve sabun kabarcıklarının içindeki yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi nedeniyle aşırı basınç Δ ortaya çıkar P. Zihinsel olarak küresel bir yarıçap damlası keserseniz R iki yarıya bölünürse, her biri 2π uzunluğundaki kesme sınırına uygulanan yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi altında dengede olmalıdır. R ve π alanına etki eden aşırı basınç kuvvetleri R 2 bölüm (Şekil 3.5.4). Denge koşulu şu şekilde yazılır:

Bu kuvvetler sıvının molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerinden daha büyükse, o zaman sıvı ıslatır bir katının yüzeyi. Bu durumda sıvı katı cismin yüzeyine belli bir açıyla yaklaşır. dar açıθ, belirli bir sıvı-katı çiftinin karakteristiği. θ açısına denir temas açısı . Sıvı moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri katı moleküllerle etkileşim kuvvetlerini aşarsa, θ temas açısının geniş olduğu ortaya çıkar (Şekil 3.5.5). Bu durumda sıvının olduğunu söylüyorlar. ıslanmaz bir katının yüzeyi. Şu tarihte: tam ıslatmaθ = 0, tamamen ıslanmazθ = 180°.

Kılcal fenomen küçük çaplı tüplerdeki sıvının yükselmesi veya alçalması denir - kılcal damarlar. Islatıcı sıvılar kılcal damarlardan yükselir, ıslatmayan sıvılar ise aşağıya doğru iner.

İncirde. 3.5.6 belirli bir yarıçapa sahip bir kılcal boruyu göstermektedir R, alt uçta ρ yoğunluğunda bir ıslatma sıvısına indirildi. Kılcal damarın üst ucu açıktır. Kılcal damardaki sıvının yükselişi, kılcal damardaki sıvı sütununa etki eden yerçekimi kuvveti bileşke büyüklüğüne eşit olana kadar devam eder. F n sıvının kılcal yüzey ile temas sınırı boyunca etki eden yüzey gerilim kuvvetleri: F t = F n, nerede F t = mg = ρ Hπ R 2 G, F n = σ2π Rçünkü θ.

Bu şu anlama gelir:

Tamamen ıslanmayan θ = 180° ile cos θ = –1 ve dolayısıyla, H < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Su, temiz cam yüzeyini neredeyse tamamen ıslatır. Aksine cıva cam yüzeyini tamamen ıslatmaz. Bu nedenle cam kılcal damardaki cıva seviyesi kaptaki civa seviyesinin altına düşer.

24) Buharlaşma: tanımı, çeşitleri (buharlaşma, kaynama), buharlaşma ve yoğunlaşma için gereken ısı miktarının hesaplanması, buharlaşmanın özgül ısısı.

Buharlaşma ve yoğunlaşma. Maddenin moleküler yapısı hakkındaki fikirlere dayanarak buharlaşma olgusunun açıklanması. Özgül buharlaşma ısısı. Birimleri.

Sıvının buhara dönüşme olayına denir buharlaşma.

Buharlaşma - açık bir yüzeyden meydana gelen buharlaşma süreci.

Sıvı moleküller birlikte hareket eder farklı hızlarda. Herhangi bir molekül bir sıvının yüzeyine gelirse, komşu moleküllerin çekimini yenebilir ve sıvının dışına uçabilir. Dışarı atılan moleküller buhar oluşturur. Sıvının geri kalan molekülleri çarpışma anında hız değiştirir. Aynı zamanda bazı moleküller sıvının dışına uçacak kadar hız kazanırlar. Bu işlem, sıvıların yavaşça buharlaşması için devam eder.

* Buharlaşma hızı sıvının türüne bağlıdır. Molekülleri daha az kuvvetle çekilen sıvılar daha hızlı buharlaşır.

*Buharlaşma her sıcaklıkta meydana gelebilir. Ama ne zaman yüksek sıcaklıklar buharlaşma daha hızlı gerçekleşir .

* Buharlaşma hızı yüzey alanına bağlıdır.

*Rüzgar (hava akışı) ile buharlaşma daha hızlı gerçekleşir.

Buharlaşma sırasında iç enerji azalır çünkü Buharlaşma sırasında sıvı hızlı molekülleri terk eder, dolayısıyla kalan moleküllerin ortalama hızı azalır. Bu, dışarıdan enerji akışı yoksa sıvının sıcaklığının azaldığı anlamına gelir.

Buharın sıvıya dönüşme olayına denir yoğunlaşma. Buna enerjinin serbest bırakılması eşlik eder.

Buhar yoğunlaşması bulutların oluşumunu açıklar. Yerden yükselen su buharı, havanın üst soğuk katmanlarında minik su damlacıklarından oluşan bulutlar oluşturur.

Özgül buharlaşma ısısı – fiziksel 1 kg ağırlığındaki bir sıvının sıcaklığı değişmeden buhara dönüştürülmesi için ne kadar ısıya ihtiyaç duyulduğunu gösteren bir değer.

Ud. buharlaşma ısısı L harfiyle gösterilir ve J/kg cinsinden ölçülür

Ud. suyun buharlaşma ısısı: L=2,3×10 6 J/kg, alkol L=0,9×10 6

Sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarı: Q = Lm

Silindirdeki gazın iç enerjisini sadece iş yaparak değil, gazı ısıtarak da değiştirebilirsiniz (Şek. 43). Pistonu sabitlerseniz gazın hacmi değişmeyecek ancak sıcaklığı ve dolayısıyla iç enerjisi artacaktır.
Enerjinin iş yapmadan bir cisimden diğerine aktarılması işlemine ısı değişimi veya ısı transferi denir.

Isı alışverişi sonucu vücuda aktarılan enerjiye ısı miktarı denir. Isı miktarına aynı zamanda bir cismin ısı alışverişi sırasında verdiği enerji de denir.

Isı transferinin moleküler resmi. Cisimler arasındaki sınırdaki ısı değişimi sırasında, soğuk bir cismin yavaş hareket eden moleküllerinin, sıcak bir cismin daha hızlı hareket eden molekülleri ile etkileşimi meydana gelir. Sonuç olarak moleküllerin kinetik enerjileri eşitlenir ve soğuk cisimdeki moleküllerin hızları artarken, sıcak cisimdeki moleküllerin hızları azalır.

Isı değişimi sırasında enerji bir formdan diğerine dönüştürülmez: sıcak cismin iç enerjisinin bir kısmı soğuk cisme aktarılır.

Isı miktarı ve ısı kapasitesi. VII. sınıf fizik dersinden, m kütleli bir cismi t 1 sıcaklığından t 2 sıcaklığına ısıtmak için ona ısı miktarını bildirmenin gerekli olduğu bilinmektedir.

Q = cm(t 2 – t 1) = cmΔt. (4.5)

Bir cisim soğuduğunda, onun sonsuz sıcaklığı t2 başlangıç ​​sıcaklığından t1 daha azdır ve cisim tarafından verilen ısı miktarı negatiftir.
Formül (4.5)'teki c katsayısına denir spesifik ısı kapasitesi. Özgül ısı kapasitesi, 1 kg maddenin sıcaklığı 1 K değiştiğinde aldığı veya verdiği ısı miktarıdır.

Özgül ısı kapasitesi, joule bölü kilogram ile kelvin çarpımı olarak ifade edilir. Sıcaklığı 1 K artırmak için farklı cisimler farklı miktarda enerjiye ihtiyaç duyar. Dolayısıyla suyun özgül ısı kapasitesi 4190 J/(kg K), bakırın özgül ısı kapasitesi ise 380 J/(kg K) olur.

Özgül ısı kapasitesi yalnızca maddenin özelliklerine değil aynı zamanda ısı transferinin gerçekleştiği sürece de bağlıdır. Bir gazı sabit basınçta ısıtırsanız genleşir ve iş yapar. Bir gazı sabit basınçta 1°C ısıtmak için, ona sabit hacimde ısıtmaktan daha fazla ısının aktarılması gerekir.

Sıvı ve katı cisimler ısıtıldıklarında hafifçe genleşirler ve sabit hacim ve sabit basınçta özgül ısı kapasiteleri çok az farklılık gösterir.

Özgül buharlaşma ısısı. Bir sıvıyı buhara dönüştürmek için ona belirli bir miktarda ısının aktarılması gerekir. Bu dönüşüm sırasında sıvının sıcaklığı değişmez. Bir sıvının sabit sıcaklıkta buhara dönüşmesi, moleküllerin kinetik enerjisinde bir artışa yol açmaz, ancak potansiyel enerjilerinde bir artışa eşlik eder. Sonuçta, gaz molekülleri arasındaki ortalama mesafe, sıvı moleküller arasındakinden çok daha fazladır. Ayrıca bir maddenin sıvı durumdan gaz durumuna geçişi sırasında hacminin artması, dış basınç kuvvetlerine karşı iş yapılmasını gerektirir.

Sabit sıcaklıkta 1 kg sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarına özgül buharlaşma ısısı denir. Bu miktar r harfiyle gösterilir ve kilogram başına joule cinsinden ifade edilir.

Suyun buharlaşma özgül ısısı çok yüksektir: 100°C sıcaklıkta 2.256 · 10 6 J/kg. Diğer sıvılar için (alkol, eter, cıva, gazyağı vb.) özgül buharlaşma ısısı 3-10 kat daha azdır.

Kütlesi m olan bir sıvıyı buhara dönüştürmek için aşağıdakilere eşit miktarda ısı gerekir:

Buhar yoğunlaştığında aynı miktarda ısı açığa çıkar

Qk = –rm. (4.7)

Özgül füzyon ısısı. Kristalin bir cisim eridiğinde, ona sağlanan tüm ısı, moleküllerin potansiyel enerjisini artırmaya gider. Erime sabit sıcaklıkta gerçekleştiği için moleküllerin kinetik enerjisi değişmez.

Erime noktasındaki 1 kg kristalli bir maddenin aynı sıcaklıktaki bir sıvıya dönüştürülmesi için gereken ısı miktarına λ (lambda), özgül füzyon ısısı denir.

1 kg'lık bir madde kristalleştiğinde, tam olarak aynı miktarda ısı açığa çıkar. Buzun erimesinin özgül ısısı oldukça yüksektir: 3,4 · 10 5 J/kg.

Kütlesi m olan kristal bir cismi eritmek için aşağıdakilere eşit miktarda ısı gerekir:

Qpl = λm. (4.8)

Bir cismin kristalleşmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarı şuna eşittir:

Qcr = – λm. (4.9)

1. Isı miktarına ne denir? 2. Maddelerin özgül ısı kapasitesi neye bağlıdır? 3. Buharlaşmanın özgül ısısına ne denir? 4. Özgül füzyon ısısına ne denir? 5. Hangi durumlarda aktarılan ısı miktarı negatiftir?