Az energia egyik testből a másikba munkavégzés nélkül történő átvitelének folyamatát nevezzük hőcsere vagy hőátadás. A hőcsere különböző hőmérsékletű testek között megy végbe. Különböző hőmérsékletű testek közötti érintkezés esetén a belső energia egy része egy magasabb hőmérsékletű testről egy alacsonyabb hőmérsékletű testre kerül át. A testre a hőcsere eredményeként átadott energiát ún hőmennyiség.
Egy anyag fajlagos hőkapacitása:
Ha a hőátadási folyamatot nem kíséri munka, akkor a termodinamika első főtétele alapján a hőmennyiség megegyezik a test belső energiájának változásával: .
A molekulák véletlenszerű transzlációs mozgásának átlagos energiája arányos az abszolút hőmérséklettel. Egy test belső energiájának változása egyenlő az összes atom vagy molekula energiaváltozásának algebrai összegével, amelyek száma arányos a test tömegével, ezért a belső energia változása, és ezért a hőmennyiség arányos a tömeggel és a hőmérséklet változásával:
Az arányossági tényezőt ebben az egyenletben ún egy anyag fajlagos hőkapacitása. A fajlagos hőkapacitás azt mutatja meg, hogy mennyi hő szükséges 1 kg anyag 1 K-vel történő felmelegítéséhez.
Termodinamikai munka:
A mechanikában a munka az erő és az elmozdulás modulusainak és a köztük lévő szög koszinuszának szorzataként definiálható. A munka akkor történik, amikor egy erő hat egy mozgó testre, és egyenlő a mozgási energiájának változásával.
A termodinamikában a test egészének mozgását nem a makroszkopikus test részeinek egymáshoz viszonyított mozgásáról beszéljük. Ennek eredményeként a test térfogata megváltozik, de sebessége nulla marad. A termodinamikában a munkát ugyanúgy definiálják, mint a mechanikában, de nem a test mozgási energiájának, hanem belső energiájának változásával egyenlő.
Munkavégzéskor (sűrítés vagy tágulás) a gáz belső energiája megváltozik. Ennek oka: a gázmolekulák mozgó dugattyúval való rugalmas ütközése során mozgási energiájuk megváltozik.
Számítsuk ki a gáz által az expanzió során végzett munkát. A gáz erőt fejt ki a dugattyúra 
, Ahol 
- gáznyomás, és 
- felszíni terület 
dugattyú Amikor a gáz kitágul, a dugattyú az erő irányába mozog 
rövid távolság 
. Ha a távolság kicsi, akkor a gáznyomás állandónak tekinthető. A gáz által végzett munka a következő:
Ahol 
- gázmennyiség változása.
A gáztágulás folyamatában pozitív munkát végez, mivel az erő és az elmozdulás iránya egybeesik. A tágulási folyamat során a gáz energiát bocsát ki a környező testekbe.
A külső testek által a gázon végzett munka csak előjelben különbözik a gáz által végzett munkától 
, mivel az erő 
a gázra ható erő ellentétes 
, amellyel a gáz a dugattyúra hat, és modulusában egyenlő vele (Newton harmadik törvénye); és a mozgás ugyanaz marad. Ezért a külső erők munkája egyenlő:
.
A termodinamika első főtétele:
A termodinamika első törvénye az energiamegmaradás törvénye, kiterjesztve a hőjelenségekre. Az energiamegmaradás törvénye: Az energia a természetben nem keletkezik a semmiből és nem tűnik el: az energia mennyisége változatlan, csak egyik formából a másikba jut át.
A termodinamika olyan testeket vesz figyelembe, amelyek súlypontja gyakorlatilag változatlan marad. Az ilyen testek mechanikai energiája állandó marad, és csak a belső energia változhat.
A belső energia kétféleképpen változhat: hőátadás és munka. Általános esetben a belső energia mind a hőátadás, mind az elvégzett munka következtében változik. A termodinamika első főtétele pontosan ilyen általános esetekre van megfogalmazva:
A rendszer belső energiájának változása az egyik állapotból a másikba való átmenet során egyenlő a külső erők munkájának és a rendszernek átadott hőmennyiség összegével:
Ha a rendszer le van szigetelve, akkor nem történik rajta munka, és nem ad hőt a környező testekkel. A termodinamika első főtétele szerint egy elszigetelt rendszer belső energiája változatlan marad.
Tekintve, hogy 
, a termodinamika első főtétele a következőképpen írható fel:
A rendszernek átadott hőmennyiség a belső energiájának megváltoztatására és a külső testeken végzett munkákra megy el.
A termodinamika második főtétele: Lehetetlen egy hidegebb rendszerből a melegebbre hőt átvinni, ha nincs más egyidejű változás mindkét rendszerben vagy a környező testekben.
Hőkapacitás- ennyi hőt vesz fel a szervezet 1 fokos melegítéskor.
A test hőkapacitását nagy latin betű jelzi VAL VEL.
Mitől függ egy test hőkapacitása? Először is a tömegétől. Nyilvánvaló, hogy például 1 kilogramm víz felmelegítéséhez több hőre lesz szükség, mint 200 grammra.
Mi a helyzet az anyag típusával? Végezzünk egy kísérletet. Vegyünk két egyforma edényt, és miután az egyikbe 400 g-os vizet, a másikba pedig 400 g-os növényi olajat öntünk, elkezdjük melegíteni őket azonos égőkkel. A hőmérő állásait megfigyelve látni fogjuk, hogy az olaj gyorsan felmelegszik. A víz és az olaj azonos hőmérsékletű felmelegítéséhez a vizet tovább kell melegíteni. De minél tovább melegítjük a vizet, annál több hőt kap az égőtől.
Így különböző mennyiségű hő szükséges ugyanazon tömegű anyagok azonos hőmérsékletre történő felmelegítéséhez. A test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség, és ezáltal a hőkapacitása a testet alkotó anyag típusától függ.
Tehát például az 1 kg tömegű víz hőmérsékletének 1°C-kal történő növeléséhez 4200 J hőmennyiség szükséges, és ugyanennyi napraforgóolaj 1°C-os felmelegítéséhez annyi hőmennyiség 1700 J szükséges.
Olyan fizikai mennyiséget nevezünk, amely megmutatja, hogy mennyi hő szükséges 1 kg anyag 1 °C-os felmelegítéséhez fajlagos hőkapacitás ennek az anyagnak.
Minden anyagnak megvan a maga fajlagos hőkapacitása, amelyet a latin c betűvel jelölünk, és joule per kilogramm fokban mérjük (J/(kg °C)).
Ugyanazon anyag fajlagos hőkapacitása különböző aggregációs állapotokban (szilárd, folyékony és gázhalmazállapotú) eltérő. Például a víz fajlagos hőkapacitása 4200 J/(kg °C), a jég fajlagos hőkapacitása 2100 J/(kg °C); Az alumínium szilárd állapotban 920 J/(kg - °C), folyékony állapotban pedig 1080 J/(kg - °C) fajlagos hőkapacitású.
Vegye figyelembe, hogy a víz nagyon nagy fajlagos hőkapacitású. Ezért a tengerek és óceánok vize, amely nyáron felmelegszik, nagy mennyiségű hőt nyel el a levegőből. Ennek köszönhetően azokon a helyeken, amelyek nagy víztestek közelében helyezkednek el, a nyár nem olyan meleg, mint a víztől távol eső helyeken.
A test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség kiszámítása.
A fentiekből kitűnik, hogy a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség a test anyagának típusától (azaz fajlagos hőkapacitásától) és a test tömegétől függ. Az is világos, hogy a hőmennyiség attól függ, hogy hány fokkal emeljük a testhőmérsékletet.
Tehát a test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség meghatározásához meg kell szorozni a test fajlagos hőkapacitását a tömegével, valamint a végső és a kezdeti hőmérséklet különbségével:
K= cm (t 2 - t 1),
Ahol K- hőmennyiség, c- fajlagos hőkapacitás, m- testtömeg, t 1- kezdeti hőmérséklet, t 2- végső hőmérséklet.
Amikor a test felmelegszik t 2> t 1és ezért K >0 . Amikor a test lehűl t 2i< t 1és ezért K< 0 .
Ha ismert az egész test hőkapacitása VAL VEL, K képlet határozza meg: Q = C (t 2 - t 1).
22) Olvadás: definíció, olvadási vagy megszilárdulási hőmennyiség, fajolvadási hő, t 0 (Q) grafikonja.
Termodinamika
A molekuláris fizika egyik ága, amely az energiaátvitelt, az egyik energiafajta másik energiafajtává való átalakulásának mintázatait vizsgálja. A molekuláris kinetikai elmélettel ellentétben a termodinamika nem veszi figyelembe az anyagok és a mikroparaméterek belső szerkezetét.
Termodinamikai rendszer
Olyan testek gyűjteménye, amelyek energiát cserélnek (munka vagy hő formájában) egymással vagy a környezettel. Például a vízforralóban lévő víz lehűl, és a víz és a vízforraló között hőcsere történik, a vízforraló hője pedig a környezettel. Henger gázzal a dugattyú alatt: a dugattyú munkát végez, melynek eredményeként a gáz energiát kap, és makroparaméterei megváltoznak.
A hőmennyiség
Ez energia, amelyet a rendszer a hőcsere folyamata során fogad vagy bocsát ki. A Q szimbólummal jelölve, mint minden energiát, Joule-ban mérik.
A különféle hőcserélő folyamatok eredményeként az átvitt energia a maga módján meghatározódik.
Fűtés és hűtés
Ezt a folyamatot a rendszer hőmérsékletének változása jellemzi. A hőmennyiséget a képlet határozza meg
Egy anyag fajlagos hőkapacitása a felmelegedéshez szükséges hőmennyiséggel mérve tömegegységek ebből az anyagból 1 ezerrel. 1 kg pohár vagy 1 kg víz felmelegítése eltérő mennyiségű energiát igényel. A fajlagos hőkapacitás ismert mennyiség, már minden anyagra kiszámítva, lásd az értéket a fizikai táblázatokban.
A C anyag hőkapacitása- ez az a hőmennyiség, amely szükséges egy test felmelegítéséhez anélkül, hogy figyelembe vennénk a tömegét 1K-val.
Olvadás és kristályosodás
Az olvadás az anyag átmenete szilárd halmazállapotból folyékony halmazállapotba. A fordított átmenetet kristályosodásnak nevezzük.
Az anyag kristályrácsának lebontására fordított energiát a képlet határozza meg
A fajlagos olvadáshő minden anyagnál ismert érték, lásd az értéket a fizikai táblázatokban.
Párolgás (párolgás vagy forralás) és kondenzáció
A párologtatás egy anyag folyékony (szilárd) halmazállapotból gáz halmazállapotba való átmenete. A fordított folyamatot kondenzációnak nevezik.
A fajlagos párolgási hő minden anyagnál ismert érték, lásd a fizikai táblázatokban.
Égés
Az anyag égésekor felszabaduló hőmennyiség
A fajlagos égéshő minden anyagnál ismert érték, lásd az értéket a fizikai táblázatokban.
Zárt és adiabatikusan izolált testrendszerre teljesül a hőmérleg egyenlete. A hőcserében részt vevő összes test által adott és kapott hőmennyiség algebrai összege nulla:
Q 1 +Q 2 +...+Q n =0
23) A folyadékok szerkezete. Felszíni réteg. Felületi feszültségi erő: megnyilvánulási példák, számítások, felületi feszültségi együttható.
Időről időre bármely molekula egy közeli üres helyre költözhet. Az ilyen ugrások a folyadékokban meglehetősen gyakran előfordulnak; ezért a molekulák nincsenek meghatározott központokhoz kötve, mint a kristályoknál, és a folyadék teljes térfogatában mozoghatnak. Ez magyarázza a folyadékok folyékonyságát. A szorosan elhelyezkedő molekulák közötti erős kölcsönhatás miatt több molekulát tartalmazó lokális (instabil) rendezett csoportokat alkothatnak. Ezt a jelenséget az ún zárja be a rendet(3.5.1. ábra).
A β együtthatót ún a térfogattágulás hőmérsékleti együtthatója . Ez az együttható folyadékoknál tízszer nagyobb, mint szilárd anyagoknál. Víznél például 20 °C hőmérsékleten β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, acélnál β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, kvarcüvegnél β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .
A víz hőtágulásának érdekes és fontos anomáliája van a földi élet szempontjából. 4 °C alatti hőmérsékleten a víz a hőmérséklet csökkenésével kitágul (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Amikor a víz megfagy, kitágul, így a jég lebegve marad a fagyos víztest felszínén. A fagyos víz hőmérséklete a jég alatt 0 °C. A tározó alján lévő sűrűbb vízrétegekben a hőmérséklet körülbelül 4 °C. Ennek köszönhetően a fagyos tározók vizében is létezhet élet.
A folyadékok legérdekesebb tulajdonsága a jelenlét szabad felület . A folyadék, ellentétben a gázokkal, nem tölti ki a tartály teljes térfogatát, amelybe öntik. A folyadék és a gáz (vagy gőz) között határfelület jön létre, amely a folyadék többi részéhez képest speciális körülmények között van. nem vezet észrevehető változáshoz a folyadék térfogatában. Ha egy molekula a felszínről a folyadékba kerül, az intermolekuláris kölcsönhatás erői pozitív munkát végeznek. Éppen ellenkezőleg, annak érdekében, hogy bizonyos számú molekulát a folyadék mélyéről a felszínre húzzanak (azaz növeljék a folyadék felületét), a külső erőknek pozitív munkát kell végezniük Δ A külső, a Δ változással arányos S felszíni terület:
A mechanikából ismert, hogy egy rendszer egyensúlyi állapotai megfelelnek potenciális energiájának minimális értékének. Ebből következik, hogy a folyadék szabad felülete hajlamos csökkenteni a területét. Emiatt egy szabad csepp folyadék gömb alakú. A folyadék úgy viselkedik, mintha a felületére érintőlegesen ható erők összehúznák (húznák) ezt a felületet. Ezeket az erőket ún felületi feszültségi erők .
A felületi feszültségi erők jelenléte a folyadék felületét rugalmas feszített fóliához hasonlítja, azzal az egyetlen különbséggel, hogy a filmben lévő rugalmas erők a felületétől (azaz attól, hogy a film deformálódik) és a felületi feszültségtől függenek. erők ne függj a folyadék felületén.
Egyes folyadékok, például a szappanos víz, képesek vékony filmeket képezni. A jól ismert szappanbuborékok szabályos gömb alakúak - ez is mutatja a felületi feszültségi erők hatását. Ha egy drótvázat, amelynek egyik oldala mozgatható, szappanos oldatba süllyeszt, akkor az egész keretet egy folyadékfilm borítja (3.5.3. ábra).
A felületi feszültségek csökkentik a film felületét. A keret mozgatható oldalának kiegyensúlyozásához külső erőt kell rá hatni Ha az erő hatására a keresztrúd Δ-vel elmozdul x, akkor a Δ munka kerül végrehajtásra A vn = F vn Δ x = Δ E p = σΔ S, ahol Δ S = 2LΔ x– a szappanfólia mindkét oldalának felületének növekedése. Mivel az és az erők modulusai megegyeznek, a következőket írhatjuk:
|
Így a σ felületi feszültség együttható a következőképpen definiálható a felületet határoló vonal egységnyi hosszára ható felületi feszültség modulusa.
A folyadékcseppekben és a belső szappanbuborékokban fellépő felületi feszültségi erők hatására Δ túlnyomás keletkezik p. Ha gondolatban levág egy gömb alakú sugarú cseppet R két felére, akkor mindegyiknek egyensúlyban kell lennie a 2π hosszúságú vágási határfelületre ható felületi feszültség hatására. Rés a π területre ható túlnyomásos erők R 2 szakasz (3.5.4. ábra). Az egyensúlyi feltételt így írjuk le
Ha ezek az erők nagyobbak, mint a folyadék molekulái közötti kölcsönhatás erői, akkor a folyadéké nedves szilárd anyag felülete. Ebben az esetben a folyadék egy adott folyadék-szilárd párra jellemző θ hegyesszögben közelíti meg a szilárd test felületét. A θ szöget nevezzük érintkezési szög . Ha a folyékony molekulák közötti kölcsönhatás erői meghaladják a szilárd molekulákkal való kölcsönhatás erejét, akkor a θ érintkezési szög tompaszögűnek bizonyul (3.5.5. ábra). Ebben az esetben azt mondják, hogy a folyadék nem nedvesít szilárd anyag felülete. Nál nél teljes nedvesítésθ = 0, at teljes nem nedvesedésθ = 180°.
Kapilláris jelenségek a folyadék felemelkedésének vagy süllyedésének nevezik kis átmérőjű csövekben - hajszálerek. A nedvesítő folyadékok a kapillárisokon keresztül felszállnak, a nem nedvesítő folyadékok leszállnak.
ábrán. A 3.5.6 egy bizonyos sugarú kapilláris csövet mutat r, az alsó végén ρ sűrűségű nedvesítő folyadékká süllyesztjük. A kapilláris felső vége nyitott. A folyadék emelkedése a kapillárisban addig tart, amíg a kapillárisban lévő folyadékoszlopra ható gravitációs erő egyenlővé nem válik az eredővel. F n a folyadéknak a kapilláris felületével való érintkezésének határa mentén ható felületi feszültségi erők: F t = F n, hol F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.
Ez a következőket jelenti:
Teljes nem nedvesedés esetén θ = 180°, cos θ = –1, és ezért h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
A víz szinte teljesen átnedvesíti a tiszta üvegfelületet. Éppen ellenkezőleg, a higany nem nedvesíti át teljesen az üvegfelületet. Ezért az üvegkapillárisban a higany szintje az edény szintje alá csökken.
24) Párolgás: meghatározás, típusok (párolgás, forralás), párolgási és kondenzációs hőmennyiség számítása, párolgási fajhő.
Párolgás és kondenzáció. A párolgás jelenségének magyarázata az anyag molekulaszerkezetére vonatkozó elképzelések alapján. Fajlagos párolgási hő. Az egységei.
A folyadék gőzzé alakulásának jelenségét ún párologtatás.
Párolgás - nyílt felületről fellépő párolgási folyamat.
A folyékony molekulák különböző sebességgel mozognak. Ha bármely molekula a folyadék felszínén köt ki, az legyőzheti a szomszédos molekulák vonzerejét, és kirepülhet a folyadékból. A kilökődött molekulák gőzt képeznek. A folyadék maradék molekulái ütközéskor sebességet változtatnak. Ugyanakkor egyes molekulák olyan sebességre tesznek szert, amely elegendő ahhoz, hogy kirepüljön a folyadékból. Ez a folyamat folytatódik, így a folyadékok lassan elpárolognak.
*A párolgás sebessége a folyadék típusától függ. Azok a folyadékok, amelyek molekuláit kisebb erővel vonzzák, gyorsabban párolognak el.
*A párolgás bármely hőmérsékleten előfordulhat. De magas hőmérsékleten a párolgás gyorsabban megy végbe .
*A párolgás sebessége a felületétől függ.
*A széllel (levegőáramlással) gyorsabban megy végbe a párolgás.
A párolgás során a belső energia csökken, mert A párolgás során a folyadék gyors molekulákat hagy el, ezért a megmaradó molekulák átlagsebessége csökken. Ez azt jelenti, hogy ha nincs kívülről beáramló energia, akkor a folyadék hőmérséklete csökken.
A gőz folyadékká alakulásának jelenségét ún páralecsapódás.
Energiák felszabadulásával jár együtt.
A páralecsapódás magyarázza a felhők képződését. A talaj fölé emelkedő vízgőz a levegő felső hidegrétegeiben felhőket képez, amelyek apró vízcseppekből állnak.
Fajlagos párolgási hő – fizikai egy érték, amely azt mutatja meg, hogy mennyi hő szükséges ahhoz, hogy egy 1 kg tömegű folyadékot gőzzé alakítsanak a hőmérséklet változtatása nélkül.
Ud. párolgási hő L betűvel jelöljük, és J/kg-ban mérjük
Ud. víz párolgási hője: L=2,3×10 6 J/kg, alkohol L=0,9×10 6
A folyadék gőzzé alakításához szükséges hőmennyiség: Q = Lm
« Fizika - 10. osztály"
Milyen folyamatokban mennek végbe az anyag aggregált átalakulásai?
Hogyan változtathatja meg egy anyag aggregációs állapotát?
Bármely test belső energiáját megváltoztathatja munkavégzéssel, fűtéssel, vagy éppen ellenkezőleg, hűtéssel.
Tehát a fém kovácsolásakor a munka megtörténik és felmelegszik, ugyanakkor a fém égő lángon hevíthető.
Továbbá, ha a dugattyú rögzített (13.5. ábra), akkor a gáz térfogata nem változik melegítéskor, és nem történik munka. De a gáz hőmérséklete, és így belső energiája is nő.
A belső energia növekedhet és csökkenhet, így a hőmennyiség lehet pozitív vagy negatív.
Az energia egyik testből a másikba munkavégzés nélkül történő átvitelének folyamatát nevezzük hőcsere.
A belső energia hőátadás során bekövetkező változásának mennyiségi mértékét ún hőmennyiség.
A hőátadás molekuláris képe.
A testek határán történő hőcsere során a hideg test lassan mozgó molekulái és a forró testek gyorsan mozgó molekulái kölcsönhatásba lépnek. Ennek eredményeként a molekulák kinetikai energiái kiegyenlítődnek, és a hideg test molekuláinak sebessége nő, a forró testé pedig csökken.
A hőcsere során az energia nem alakul át egyik formából a másikba, egy felhevültebb test belső energiájának egy része átkerül egy kevésbé fűtött testre.
Hőmennyiség és hőkapacitás.
Azt már tudod, hogy egy m tömegű test t 1 hőmérsékletről t 2 hőmérsékletre való felmelegítéséhez bizonyos mennyiségű hőt kell átadni neki:
Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13,5)
Amikor egy test lehűl, a végső hőmérséklete t 2 kisebbnek bizonyul, mint a kezdeti hőmérséklet t 1, és a test által leadott hőmennyiség negatív.
A (13.5) képlet c együtthatóját nevezzük fajlagos hőkapacitás anyagokat.
Fajlagos hő- ez a mennyiség számszerűen megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amelyet egy 1 kg tömegű anyag kap vagy bocsát ki, ha hőmérséklete 1 K-vel változik.
A gázok fajlagos hőkapacitása a hőátadás folyamatától függ. Ha egy gázt állandó nyomáson melegít, az kitágul és működik. Ahhoz, hogy egy gázt állandó nyomáson 1 °C-kal hevítsünk, több hőt kell átadnia, mint állandó térfogaton, amikor a gáz csak felmelegszik.
A folyadékok és a szilárd anyagok melegítéskor kissé kitágulnak. Fajlagos hőkapacitásuk állandó térfogaton és állandó nyomáson alig különbözik.
Fajlagos párolgási hő.
Ahhoz, hogy egy folyadékot gőzzé alakítsunk a forrás közben, bizonyos mennyiségű hőt kell átadni rá. A folyadék hőmérséklete nem változik, amikor forr. A folyadék gőzzé alakulása állandó hőmérsékleten nem vezet a molekulák kinetikus energiájának növekedéséhez, hanem kölcsönhatásuk potenciális energiájának növekedésével jár. Végül is a gázmolekulák közötti átlagos távolság sokkal nagyobb, mint a folyadékmolekulák között.
Az 1 kg tömegű folyadék állandó hőmérsékletű gőzzé alakításához szükséges hőmennyiséggel számszerűen megegyező mennyiséget ún. fajlagos párolgási hő.
A folyadék elpárolgása bármely hőmérsékleten végbemegy, miközben a leggyorsabb molekulák elhagyják a folyadékot, és a párolgás során lehűl. A párolgási fajhő megegyezik a fajlagos párolgási hővel.
Ezt az értéket r betűvel jelöljük, és joule per kilogrammban (J/kg) fejezzük ki.
A víz fajpárolgási hője nagyon magas: r H20 = 2,256 10 6 J/kg 100 °C hőmérsékleten. Más folyadékok, például alkohol, éter, higany, kerozin fajlagos párolgási hője 3-10-szer kisebb, mint a vízé.
Az m tömegű folyadék gőzzé alakításához annyi hőre van szükség, mint:
Q p = rm. (13,6)
A gőz lecsapódásakor ugyanannyi hő szabadul fel:
Q k = -rm. (13,7)
Fajlagos olvadási hő.
Amikor egy kristályos test megolvad, a hozzá bevitt összes hő a molekulák közötti kölcsönhatás potenciális energiájának növelésére megy el. A molekulák kinetikus energiája nem változik, mivel az olvadás állandó hőmérsékleten megy végbe.
Az olvadásponton 1 kg tömegű kristályos anyag folyadékká alakításához szükséges hőmennyiséggel számszerűen megegyező értéket ún. fajlagos olvadási hőés λ betűvel jelöljük.
Egy 1 kg tömegű anyag kikristályosodásakor pontosan ugyanannyi hő szabadul fel, mint amennyi az olvadáskor elnyelődik.
A jég olvadási fajhője meglehetősen magas: 3,34 10 5 J/kg.
„Ha a jégnek nem lenne nagy olvadási hője, akkor tavasszal a jég teljes tömegének néhány perc vagy másodperc alatt el kellene olvadnia, hiszen a levegőből folyamatosan hőátadja a jégnek. Ennek súlyos következményei lennének; elvégre még a jelenlegi helyzetben is nagy árvizek és erős vízhozamok keletkeznek, amikor nagy tömegű jég vagy hó olvad.” R. Fekete, XVIII. század.
Egy m tömegű kristálytest megolvasztásához annyi hőre van szükség, mint:
Qpl = λm. (13,8)
A test kristályosodása során felszabaduló hőmennyiség egyenlő:
Q cr = -λm (13,9)
Hőmérleg egyenlete.
Tekintsük a több, kezdetben eltérő hőmérsékletű testből álló rendszer hőcseréjét, például az edényben lévő víz és a vízbe engedett forró vasgolyó közötti hőcserét. Az energiamegmaradás törvénye szerint az egyik test által leadott hőmennyiség számszerűen megegyezik a másik test által leadott hőmennyiséggel.
A leadott hőmennyiség negatívnak, a kapott hőmennyiség pozitívnak minősül. Ezért a Q1 + Q2 teljes hőmennyiség = 0.
Ha egy elszigetelt rendszerben több test között hőcsere történik, akkor
Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)
A (13.10) egyenletet nevezzük hőmérleg egyenlet.
Itt Q 1 Q 2, Q 3 a testek által kapott vagy leadott hőmennyiség. Ezeket a hőmennyiségeket a (13.5) vagy a (13.6)-(13.9) képletekkel fejezzük ki, ha a hőcsere folyamata során az anyag különböző fázisú átalakulásai (olvadás, kristályosodás, párolgás, kondenzáció) következnek be.
A test belső energiája munkavégzéskor vagy hőátadásakor megváltozik. A hőátadás jelenségében a belső energia vezetés, konvekció vagy sugárzás útján kerül átadásra.
Minden test felmelegszik vagy lehűl (hőátadás révén) bizonyos mennyiségű energiát nyer vagy veszít. Ez alapján szokás ezt az energiamennyiséget hőmennyiségnek nevezni.
Így, a hőmennyiség az az energia, amelyet a test a hőátadás folyamata során ad vagy kap.
Mennyi hő szükséges a víz felmelegítéséhez? Egy egyszerű példán keresztül megértheti, hogy különböző mennyiségű víz felmelegítéséhez különböző mennyiségű hőre van szükség. Tegyük fel, hogy veszünk két kémcsövet 1 liter vízzel és 2 liter vízzel. Melyik esetben lesz szükség több hőre? A másodikban, ahol 2 liter víz van egy kémcsőben. A második kémcső felmelegedése tovább tart, ha ugyanazzal a tűzforrással melegítjük.
Így a hőmennyiség a testtömegtől függ. Minél nagyobb a tömeg, annál nagyobb a fűtéshez szükséges hőmennyiség, és ennek megfelelően annál tovább tart a test lehűtése.
Mitől függ még a hőmennyiség? Természetesen a testhőmérséklet különbségétől. De ez még nem minden. Hiszen ha vizet vagy tejet próbálunk melegíteni, akkor különböző időre lesz szükségünk. Vagyis kiderül, hogy a hőmennyiség attól függ, hogy milyen anyagból áll a test.
Ennek eredményeként kiderül, hogy a fűtéshez szükséges hőmennyiség vagy a lehűléskor felszabaduló hőmennyiség függ a test tömegétől, a hőmérséklet változásától és attól, hogy a test milyen anyagból áll. összeállított.
Hogyan mérik a hőmennyiséget?
Mögött hőegységáltalánosan elfogadott 1 Joule. Az energia mértékegységének megjelenése előtt a tudósok a hőmennyiséget kalóriának tekintették. Ezt a mértékegységet általában „J”-nek rövidítik.
Kalória- ez az a hőmennyiség, ami 1 gramm víz 1 Celsius-fokkal való felmelegítéséhez szükséges. A kalóriamérés rövidített formája a „cal”.
1 cal = 4,19 J.
Felhívjuk figyelmét, hogy ezekben az energiaegységekben az élelmiszerek tápértékét kJ-ban és kcal-ban szokás feltüntetni.
1 kcal = 1000 cal.
1 kJ = 1000 J
1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ
Mi a fajlagos hőkapacitás
A természetben minden anyagnak megvannak a maga tulajdonságai, és minden egyes anyag felmelegítése más-más energiát igényel, pl. hőmennyiség.
Egy anyag fajlagos hőkapacitása- ez egy olyan hőmennyiség, amelyet egy 1 kilogramm tömegű testnek át kell adni ahhoz, hogy felmelegedjen 1 kilogrammra. 0 C
A fajlagos hőkapacitást c betű jelöli, és a mérési értéke J/kg*
Például a víz fajlagos hőkapacitása 4200 J/kg* 0 C. Ez az a hőmennyiség, amelyet 1 kg vízre kell átadni, hogy az 1-gyel felmelegedjen. 0 C
Emlékeztetni kell arra, hogy a különböző aggregációs állapotú anyagok fajlagos hőkapacitása eltérő. Vagyis 1-gyel felmelegíteni a jeget 0 C más hőmennyiséget igényel.
Hogyan számoljuk ki a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséget
Például ki kell számítani azt a hőmennyiséget, amelyet el kell költeni ahhoz, hogy 3 kg vizet 15 °C hőmérsékletről felmelegítsen. 0 C-tól 85-re 0 C. Ismerjük a víz fajlagos hőkapacitását, vagyis azt az energiamennyiséget, amely 1 kg víz 1 fokos felmelegítéséhez szükséges. Vagyis ahhoz, hogy esetünkben megtudjuk a hőmennyiséget, meg kell szorozni a víz fajlagos hőkapacitását 3-mal és azzal a fokszámmal, amennyivel növelni kívánjuk a víz hőmérsékletét. Tehát ez 4200*3*(85-15) = 882 000.
Zárójelben kiszámítjuk a fokok pontos számát, kivonva a kezdeti eredményt a végső szükséges eredményből
Tehát 3 kg víz felmelegítéséhez 15-ről 85-re 0 C, 882 000 J hőre van szükségünk.
A hőmennyiséget Q betű jelöli, kiszámításának képlete a következő:
Q=c*m*(t2-t1).
Problémák elemzése és megoldása
1. probléma. Mennyi hő szükséges 0,5 kg víz felmelegítéséhez 20-ról 50-re 0 C
Adott:
m = 0,5 kg,
s = 4200 J/kg* 0 C,
t 1 = 20 0 C,
t 2 = 50 0 C.
A fajlagos hőkapacitást a táblázatból határoztuk meg.
Megoldás:
2 -t 1).
Cserélje be az értékeket:
Q=4200*0,5*(50-20) = 63 000 J = 63 kJ.
Válasz: Q=63 kJ.
2. feladat. Mekkora hőmennyiség szükséges egy 0,5 kg tömegű alumínium rúd 85 °C-ra történő felmelegítéséhez 0 C?
Adott:
m = 0,5 kg,
s = 920 J/kg* 0 C,
t 1 = 0 0 C,
t 2 = 85 0 C.
Megoldás:
a hőmennyiséget a Q=c*m*(t 2 -t 1).
Cserélje be az értékeket:
Q=920*0,5*(85-0)=39 100 J=39,1 kJ.
Válasz: Q= 39,1 kJ.
A palackban lévő gáz belső energiáját nem csak munkavégzéssel, hanem a gáz melegítésével is megváltoztathatja (43. ábra). Ha rögzíti a dugattyút, akkor a gáz térfogata nem változik, de a hőmérséklet, és ezáltal a belső energia nő.
Hőcserének vagy hőátadásnak nevezik azt a folyamatot, amikor az egyik testről a másikra átadják az energiát munka nélkül.
A hőcsere eredményeként a szervezetbe átadott energiát hőmennyiségnek nevezzük. A hőmennyiséget annak az energiának is nevezik, amelyet a test a hőcsere során lead.
A hőátadás molekuláris képe. A testek közötti határvonalon a hőcsere során a hideg test lassan mozgó molekulái és a forró test gyorsabban mozgó molekulái kölcsönhatásba lépnek. Ennek eredményeként a kinetikus energiák
A molekulák egymáshoz igazodnak, és a hideg test molekuláinak sebessége nő, a forró testé pedig csökken.
A hőcsere során az energia nem alakul át egyik formából a másikba: a forró test belső energiájának egy része átkerül a hideg testbe.
Hőmennyiség és hőkapacitás. A VII osztályos fizika kurzusból ismert, hogy egy tömegtest hőmérsékletről hőmérsékletre való felmelegítéséhez meg kell mondani a hőmennyiséget.
Amikor egy test lehűl, végső hőmérséklete alacsonyabb, mint a kezdeti, és a test által leadott hőmennyiség negatív.
A (4.5) képletben szereplő c együtthatót fajlagos hőkapacitásnak nevezzük. A fajlagos hőkapacitás az a hőmennyiség, amelyet 1 kg anyag kap vagy ad fel, ha hőmérséklete 1 K-val változik.
A fajlagos hőkapacitást joule-ban fejezzük ki, osztva kilogrammal, szorozva kelvinnel. Különböző testek különböző mennyiségű energiát igényelnek a hőmérséklet I K-val történő emeléséhez. Így a víz és a réz fajlagos hőkapacitása
A fajlagos hőkapacitás nemcsak az anyag tulajdonságaitól függ, hanem a hőátadás folyamatától is. Ha egy gázt állandó nyomáson melegít, az kitágul és működik. Ahhoz, hogy egy gázt állandó nyomáson 1 °C-kal melegítsünk, több hőt kell átadni neki, mint állandó térfogaton.
A folyékony és szilárd testek hevítés hatására enyhén kitágulnak, és fajlagos hőkapacitásuk állandó térfogaton és állandó nyomáson alig tér el.
Fajlagos párolgási hő. A folyadék gőzzé alakításához bizonyos mennyiségű hőt kell átadni rá. A folyadék hőmérséklete az átalakulás során nem változik. A folyadék gőzzé alakulása állandó hőmérsékleten nem vezet a molekulák kinetikus energiájának növekedéséhez, hanem potenciális energiájuk növekedésével jár. Végül is a gázmolekulák közötti átlagos távolság sokszorosa a folyadékmolekulák közötti átlagos távolságnak. Ezenkívül az anyag folyadékból gáz halmazállapotúvá történő átmenete során a térfogatnövekedés a külső nyomás erőivel szembeni munkát igényel.
1 kg folyadék gőzzé alakításához szükséges hőmennyiséget állandó hőmérsékleten ún
fajlagos párolgási hő. Ezt a mennyiséget betűvel jelöljük, és joule/kg-ban fejezzük ki
A víz fajpárolgási hője nagyon magas: 100°C hőmérsékleten. Más folyadékoknál (alkohol, éter, higany, kerozin stb.) a párolgási fajhő 3-10-szer kisebb.
A folyékony tömeg gőzzé alakításához annyi hőre van szükség, mint:
A gőz lecsapódásakor ugyanannyi hő szabadul fel:
Fajlagos olvadási hő. Amikor egy kristályos test megolvad, a hozzá szolgáltatott összes hő a molekulák potenciális energiájának növelésére megy el. A molekulák kinetikus energiája nem változik, mivel az olvadás állandó hőmérsékleten megy végbe.
Azt az A hőmennyiséget, amely 1 kg olvadásponti kristályos anyag azonos hőmérsékletű folyadékká alakításához szükséges, fajlagos olvadási hőnek nevezzük.
Amikor 1 kg anyag kikristályosodik, pontosan ugyanannyi hő szabadul fel. A jég fajlagos olvadási hője meglehetősen magas:
Egy kristályos tömegű test megolvasztásához annyi hőre van szükség, mint:
A test kristályosodása során felszabaduló hőmennyiség egyenlő:
1. Hogyan nevezzük a hőmennyiséget? 2. Mitől függ az anyagok fajlagos hőkapacitása? 3. Hogyan nevezzük a párolgási fajhőt? 4. Hogyan nevezzük a fajlagos olvadási hőt? 5. Milyen esetekben negatív az átadott hőmennyiség?
