Proces prenosu energie z jedného tela do druhého bez vykonania práce sa nazýva výmena tepla alebo prenos tepla. Výmena tepla prebieha medzi telesami s rôznymi teplotami. Pri nadviazaní kontaktu medzi telesami s rôznymi teplotami sa časť vnútornej energie prenáša z telesa s vyššou teplotou na teleso s nižšou teplotou. Energia odovzdaná telesu v dôsledku výmeny tepla sa nazýva množstvo tepla.
Špecifická tepelná kapacita látky:
Ak proces prenosu tepla nie je sprevádzaný prácou, potom na základe prvého termodynamického zákona sa množstvo tepla rovná zmene vnútornej energie telesa: .
Priemerná energia náhodného translačného pohybu molekúl je úmerná absolútnej teplote. Zmena vnútornej energie telesa sa rovná algebraickému súčtu zmien energie všetkých atómov alebo molekúl, ktorých počet je úmerný hmotnosti telesa, preto zmena vnútornej energie, a teda, množstvo tepla je úmerné hmotnosti a zmene teploty:
Faktor proporcionality v tejto rovnici sa nazýva merná tepelná kapacita látky. Merná tepelná kapacita ukazuje, koľko tepla je potrebné na zohriatie 1 kg látky o 1 K.
Práca v termodynamike:
V mechanike je práca definovaná ako súčin modulov sily a posunutia a kosínus uhla medzi nimi. Práca sa vykoná, keď sila pôsobí na pohybujúce sa teleso a rovná sa zmene jeho kinetickej energie.
V termodynamike sa neuvažuje o pohybe telesa ako celku, hovoríme o pohybe častí makroskopického telesa voči sebe. V dôsledku toho sa objem tela mení, ale jeho rýchlosť zostáva rovná nule. Práca v termodynamike je definovaná rovnako ako v mechanike, ale rovná sa zmene nie kinetickej energie tela, ale jeho vnútornej energie.
Pri vykonávaní práce (stlačenie alebo expanzia) sa vnútorná energia plynu mení. Dôvodom je: pri pružných zrážkach molekúl plynu s pohybujúcim sa piestom sa mení ich kinetická energia.
Vypočítajme prácu, ktorú vykoná plyn počas expanzie. Plyn pôsobí silou na piest 
, Kde 
- tlak plynu a 
- plocha povrchu 
piest Keď plyn expanduje, piest sa pohybuje v smere sily 
krátka vzdialenosť 
. Ak je vzdialenosť malá, tlak plynu možno považovať za konštantný. Práca vykonaná plynom je:
Kde 
- zmena objemu plynu.
V procese expanzie plynu vykonáva pozitívnu prácu, pretože smer sily a posunu sa zhodujú. Počas procesu expanzie plyn uvoľňuje energiu do okolitých telies.
Práca vykonaná vonkajšími telesami na plyne sa líši od práce vykonanej plynom iba v znamienkach 
, pretože silu 
pôsobiace na plyn je opačné ako sila 
, s ktorým plyn pôsobí na piest a rovná sa mu v module (tretí Newtonov zákon); a pohyb zostáva rovnaký. Preto sa práca vonkajších síl rovná:
.
Prvý zákon termodynamiky:
Prvý zákon termodynamiky je zákon zachovania energie, rozšírený na tepelné javy. Zákon zachovania energie: Energia v prírode nevzniká z ničoho a nezaniká: množstvo energie sa nemení, iba prechádza z jednej formy do druhej.
Termodynamika považuje telesá, ktorých ťažisko zostáva prakticky nezmenené. Mechanická energia takýchto telies zostáva konštantná a môže sa meniť iba vnútorná energia.
Vnútorná energia sa môže meniť dvoma spôsobmi: prenosom tepla a prácou. Vo všeobecnosti sa vnútorná energia mení tak v dôsledku prenosu tepla, ako aj v dôsledku vykonanej práce. Prvý zákon termodynamiky je formulovaný presne pre takéto všeobecné prípady:
Zmena vnútornej energie systému počas jeho prechodu z jedného stavu do druhého sa rovná súčtu práce vonkajších síl a množstva tepla preneseného do systému:
Ak je systém izolovaný, tak sa na ňom nepracuje a nevymieňa si teplo s okolitými telesami. Podľa prvého zákona termodynamiky vnútorná energia izolovaného systému zostáva nezmenená.
Zvažujem to 
Prvý termodynamický zákon možno napísať takto:
Množstvo tepla preneseného do systému ide na zmenu jeho vnútornej energie a na vykonanie práce na vonkajších telesách systémom.
Druhý zákon termodynamiky: Prenos tepla z chladnejšej sústavy do teplejšej je nemožný bez iných súčasných zmien v oboch sústavách alebo v okolitých telesách.
Tepelná kapacita- je to množstvo tepla, ktoré telo absorbuje pri zahriatí o 1 stupeň.
Tepelná kapacita telesa je označená veľkým latinským písmenom S.
Od čoho závisí tepelná kapacita telesa? V prvom rade z jeho hmoty. Je jasné, že ohriatie napríklad 1 kilogramu vody bude vyžadovať viac tepla ako ohriatie 200 gramov.
A čo druh látky? Urobme experiment. Zoberme si dve rovnaké nádoby a po naliatí vody s hmotnosťou 400 g do jednej z nich a rastlinného oleja s hmotnosťou 400 g do druhej ich začneme ohrievať pomocou rovnakých horákov. Pozorovaním údajov teplomera uvidíme, že sa olej rýchlo zohreje. Aby sa voda a olej zohriali na rovnakú teplotu, musí sa voda ohrievať dlhšie. Ale čím dlhšie vodu ohrievame, tým viac tepla dostáva od horáka.
Na zahriatie rovnakej hmoty rôznych látok na rovnakú teplotu je teda potrebné rôzne množstvo tepla. Množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa a teda aj jeho tepelná kapacita závisí od typu látky, z ktorej sa teleso skladá.
Napríklad na zvýšenie teploty vody s hmotnosťou 1 kg o 1 °C je potrebné množstvo tepla rovnajúce sa 4200 J a na zahriatie rovnakej hmotnosti slnečnicového oleja o 1 °C množstvo tepla rovnajúce sa Vyžaduje sa 1700 J.
Fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, koľko tepla je potrebné na zahriatie 1 kg látky o 1 ºС Špecifická tepelná kapacita tejto látky.
Každá látka má svoju špecifickú tepelnú kapacitu, ktorá sa označuje latinským písmenom c a meria sa v jouloch na kilogram stupňa (J/(kg °C)).
Merná tepelná kapacita tej istej látky v rôznych skupenstvách agregácie (tuhá, kvapalná a plynná) je rôzna. Napríklad špecifická tepelná kapacita vody je 4200 J/(kg °C) a špecifická tepelná kapacita ľadu je 2100 J/(kg °C); hliník v pevnom stave má mernú tepelnú kapacitu 920 J/(kg - °C), v kvapalnom stave - 1080 J/(kg - °C).
Upozorňujeme, že voda má veľmi vysokú špecifickú tepelnú kapacitu. Preto voda v moriach a oceánoch, keď sa v lete zahrieva, absorbuje veľké množstvo tepla zo vzduchu. Vďaka tomu na miestach, ktoré sa nachádzajú v blízkosti veľkých vodných plôch, nie je leto také horúce ako na miestach ďaleko od vody.
Výpočet množstva tepla potrebného na zahriatie telesa alebo ním uvoľneného počas ochladzovania.
Z uvedeného je zrejmé, že množstvo tepla potrebné na zahriatie telesa závisí od druhu látky, z ktorej sa teleso skladá (t. j. jeho mernej tepelnej kapacity) a od hmotnosti telesa. Je tiež jasné, že množstvo tepla závisí od toho, o koľko stupňov sa chystáme zvýšiť telesnú teplotu.
Takže na určenie množstva tepla potrebného na zahriatie telesa alebo uvoľneného telesom počas chladenia je potrebné vynásobiť špecifickú tepelnú kapacitu telesa jeho hmotnosťou a rozdielom medzi jeho konečnou a počiatočnou teplotou:
Q= cm (t 2 - t 1),
Kde Q- množstvo tepla, c- Špecifická tepelná kapacita, m- telesná hmotnosť, t 1- počiatočná teplota, t 2- konečná teplota.
Keď sa telo zahreje t 2> t 1 a preto Q >0 . Keď sa telo ochladí t 2i< t 1 a preto Q< 0 .
Ak je známa tepelná kapacita celého tela S, Q určený podľa vzorca: Q = C (t2 - t 1).
22) Tavenie: definícia, výpočet množstva tepla na tavenie alebo tuhnutie, špecifické teplo topenia, graf t 0 (Q).
Termodynamika
Odvetvie molekulárnej fyziky, ktoré študuje prenos energie, vzorce premeny jedného typu energie na iný. Na rozdiel od molekulárnej kinetickej teórie termodynamika nezohľadňuje vnútornú štruktúru látok a mikroparametre.
Termodynamický systém
Je to súhrn telies, ktoré si vymieňajú energiu (vo forme práce alebo tepla) medzi sebou alebo s okolím. Napríklad voda v kanvici sa ochladzuje a dochádza k výmene tepla medzi vodou a kanvicou a teplom kanvice s okolím. Valec s plynom pod piestom: piest vykonáva prácu, v dôsledku ktorej plyn dostáva energiu a menia sa jeho makroparametre.
Množstvo tepla
Toto energie, ktoré systém prijíma alebo uvoľňuje počas procesu výmeny tepla. Označuje sa symbolom Q a meria sa ako každá energia v jouloch.
V dôsledku rôznych procesov výmeny tepla sa prenášaná energia určuje vlastným spôsobom.
Kúrenie a chladenie
Tento proces je charakterizovaný zmenou teploty systému. Množstvo tepla je určené vzorcom
Merná tepelná kapacita látky s merané množstvom tepla potrebného na zahriatie jednotky hmotnosti tejto látky o 1K. Ohrev 1 kg skla alebo 1 kg vody vyžaduje rôzne množstvo energie. Špecifická tepelná kapacita je známa veličina, už vypočítaná pre všetky látky pozri hodnotu vo fyzikálnych tabuľkách.
Tepelná kapacita látky C- toto je množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie telesa bez zohľadnenia jeho hmotnosti o 1K.
Topenie a kryštalizácia
Topenie je prechod látky z pevného do kvapalného stavu. Reverzný prechod sa nazýva kryštalizácia.
Energia, ktorá sa vynakladá na deštrukciu kryštálovej mriežky látky, je určená vzorcom
Špecifické teplo topenia je známa hodnota pre každú látku, pozri hodnotu vo fyzikálnych tabuľkách.
Vyparovanie (vyparovanie alebo varenie) a kondenzácia
Vyparovanie je prechod látky z kvapalného (tuhého) do plynného skupenstva. Opačný proces sa nazýva kondenzácia.
Špecifické výparné teplo je známa hodnota pre každú látku, pozri hodnotu vo fyzikálnych tabuľkách.
Spaľovanie
Množstvo tepla uvoľneného pri horení látky
Špecifické spalné teplo je známa hodnota pre každú látku pozri hodnotu vo fyzikálnych tabuľkách.
Pre uzavretú a adiabaticky izolovanú sústavu telies je rovnica tepelnej bilancie splnená. Algebraický súčet množstva tepla odovzdaného a prijatého všetkými telesami zúčastňujúcimi sa výmeny tepla sa rovná nule:
Q1+Q2+...+Qn=0
23) Štruktúra kvapalín. Povrchová vrstva. Sila povrchového napätia: príklady prejavu, výpočet, koeficient povrchového napätia.
Z času na čas sa môže ktorákoľvek molekula presunúť na blízke voľné miesto. Takéto skoky v kvapalinách sa vyskytujú pomerne často; preto molekuly nie sú viazané na špecifické centrá ako v kryštáloch a môžu sa pohybovať v celom objeme kvapaliny. To vysvetľuje tekutosť kvapalín. Vďaka silnej interakcii medzi tesne umiestnenými molekulami môžu vytvárať lokálne (nestabilné) usporiadané skupiny obsahujúce niekoľko molekúl. Tento jav sa nazýva uzavrieť objednávku(obr. 3.5.1).
Koeficient β sa nazýva teplotný koeficient objemovej rozťažnosti . Tento koeficient pre kvapaliny je desaťkrát vyšší ako pre tuhé látky. Pre vodu napríklad pri teplote 20 °C β v ≈ 2 10 – 4 K – 1, pre oceľ β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, pre kremenné sklo β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .
Tepelná rozťažnosť vody má pre život na Zemi zaujímavú a dôležitú anomáliu. Pri teplotách pod 4 °C sa voda pri klesajúcej teplote rozpína (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Keď voda zamrzne, roztiahne sa, takže ľad zostáva plávať na povrchu zamŕzajúcej vodnej plochy. Teplota mraziacej vody pod ľadom je 0 °C. V hustejších vrstvách vody na dne nádrže je teplota okolo 4 °C. Vďaka tomu môže vo vode mrazivých nádrží existovať život.
Najzaujímavejšou vlastnosťou tekutín je prítomnosť voľný povrch . Kvapalina, na rozdiel od plynov, nevyplní celý objem nádoby, do ktorej sa naleje. Medzi kvapalinou a plynom (alebo parou) sa vytvára rozhranie, ktoré je v porovnaní so zvyškom kvapaliny v špeciálnych podmienkach. Treba mať na pamäti, že kvôli extrémne nízkej stlačiteľnosti je hustejšia natlačená povrchová vrstva nevedie k žiadnej výraznej zmene objemu kvapaliny. Ak sa molekula presunie z povrchu do kvapaliny, sily medzimolekulovej interakcie vykonajú pozitívnu prácu. Naopak, aby bolo možné vytiahnuť určitý počet molekúl z hĺbky kvapaliny na povrch (t.j. zväčšiť povrch kvapaliny), vonkajšie sily musia vykonať pozitívnu prácu Δ A vonkajšie, úmerné zmene Δ S plocha povrchu:
Z mechaniky je známe, že rovnovážne stavy systému zodpovedajú minimálnej hodnote jeho potenciálnej energie. Z toho vyplýva, že voľný povrch kvapaliny má tendenciu zmenšovať svoju plochu. Z tohto dôvodu voľná kvapka kvapaliny nadobúda sférický tvar. Kvapalina sa správa tak, ako keby sily pôsobiace tangenciálne k jej povrchu sťahovali (ťahali) tento povrch. Tieto sily sú tzv sily povrchového napätia .
Prítomnosť síl povrchového napätia spôsobuje, že povrch kvapaliny vyzerá ako elastická napnutá fólia, len s tým rozdielom, že elastické sily vo fólii závisia od jej povrchu (t. j. od toho, ako sa fólia deformuje) a od povrchového napätia. sily nezávisia na povrchu kvapaliny.
Niektoré tekutiny, ako napríklad mydlová voda, majú schopnosť vytvárať tenké filmy. Známe mydlové bubliny majú pravidelný guľovitý tvar – aj to ukazuje pôsobenie síl povrchového napätia. Ak sa drôtený rám, ktorého jedna strana je pohyblivá, spustí do mydlového roztoku, potom bude celý rám pokrytý filmom kvapaliny (obr. 3.5.3).
Sily povrchového napätia majú tendenciu zmenšovať povrch fólie. Na vyváženie pohyblivej strany rámu na ňu musí pôsobiť vonkajšia sila Ak sa pod vplyvom sily priečka posunie o Δ X, potom sa vykoná práca Δ A vn = F vn Δ X = Δ E p = σΔ S, kde Δ S = 2LΔ X– prírastok na povrchu oboch strán mydlového filmu. Keďže moduly síl a sú rovnaké, môžeme písať:
|
Koeficient povrchového napätia σ teda možno definovať ako modul sily povrchového napätia pôsobiace na jednotku dĺžky čiary ohraničujúcej povrch.
Pôsobením síl povrchového napätia v kvapkách kvapaliny a vnútri mydlových bublín vzniká pretlak Δ p. Ak mentálne odrežete sférický pokles polomeru R na dve polovice, potom každá z nich musí byť v rovnováhe pod pôsobením síl povrchového napätia aplikovaných na hranicu rezu dĺžky 2π R a nadmerné tlakové sily pôsobiace na oblasť π R 2 rezy (obr. 3.5.4). Podmienka rovnováhy sa zapíše ako
Ak sú tieto sily väčšie ako sily vzájomného pôsobenia medzi molekulami samotnej kvapaliny, potom kvapaliny mokrá povrch pevnej látky. V tomto prípade sa kvapalina približuje k povrchu pevnej látky pod určitým ostrým uhlom θ, charakteristickým pre daný pár kvapalina-tuhá látka. Uhol θ sa nazýva kontaktný uhol . Ak sily interakcie medzi molekulami kvapaliny prevyšujú sily ich interakcie s molekulami pevnej látky, potom sa kontaktný uhol θ ukáže ako tupý (obr. 3.5.5). V tomto prípade hovoria, že kvapalina nezmáča sa povrch pevnej látky. o úplné zvlhčenie 0 = 0, at úplné nezmáčanie 6 = 180°.
Kapilárne javy nazývaný vzostup alebo pokles kvapaliny v trubiciach s malým priemerom - kapiláry. Zmáčavé kvapaliny stúpajú cez kapiláry, nezmáčavé kvapaliny klesajú.
Na obr. 3.5.6 je znázornená kapilára s určitým polomerom r, spustený na dolnom konci do zmáčacej kvapaliny hustoty ρ. Horný koniec kapiláry je otvorený. Stúpanie kvapaliny v kapiláre pokračuje, až kým gravitačná sila pôsobiaca na stĺpec kvapaliny v kapiláre nebude mať rovnakú veľkosť ako výslednica F n sily povrchového napätia pôsobiace pozdĺž hranice kontaktu kvapaliny s povrchom kapiláry: F t = F n, kde F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.
To znamená:
Pri úplnej nezmáčavosti θ = 180° je cos θ = –1, a preto h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Voda takmer úplne zmáča čistý sklenený povrch. Naopak, ortuť povrch skla úplne nezmáča. Preto hladina ortuti v sklenenej kapiláre klesne pod hladinu v nádobe.
24) Vyparovanie: definícia, druhy (vyparovanie, var), výpočet množstva tepla na vyparovanie a kondenzáciu, merné teplo vyparovania.
Odparovanie a kondenzácia. Vysvetlenie fenoménu vyparovania na základe predstáv o molekulárnej štruktúre hmoty. Špecifické teplo vyparovania. Jeho jednotky.
Fenomén premeny kvapaliny na paru sa nazýva odparovanie.
Odparovanie - proces vyparovania prebiehajúci z otvoreného povrchu.
Molekuly kvapaliny sa pohybujú rôznymi rýchlosťami. Ak akákoľvek molekula skončí na povrchu kvapaliny, môže prekonať príťažlivosť susedných molekúl a vyletieť z kvapaliny. Vystrekované molekuly tvoria paru. Zvyšné molekuly kvapaliny pri zrážke menia rýchlosť. Zároveň niektoré molekuly nadobudnú rýchlosť dostatočnú na to, aby vyleteli z kvapaliny. Tento proces pokračuje, takže kvapaliny sa pomaly vyparujú.
*Rýchlosť vyparovania závisí od typu kvapaliny. Tie kvapaliny, ktorých molekuly sú priťahované menšou silou, sa odparujú rýchlejšie.
*Odparovanie môže nastať pri akejkoľvek teplote. Ale pri vysokých teplotách dochádza k rýchlejšiemu odparovaniu .
*Rýchlosť vyparovania závisí od jeho povrchu.
*Pri vetre (prúdenie vzduchu) dochádza k rýchlejšiemu odparovaniu.
Pri vyparovaní sa vnútorná energia znižuje, pretože Počas odparovania kvapalina opúšťa rýchle molekuly, preto priemerná rýchlosť zostávajúcich molekúl klesá. To znamená, že ak nedochádza k prílevu energie zvonku, teplota kvapaliny klesá.
Fenomén premeny pary na kvapalinu sa nazýva tzv kondenzácia.
Je sprevádzané uvoľňovaním energie.
Kondenzácia pary vysvetľuje vznik oblakov. Vodná para stúpajúca nad zemou vytvára v horných studených vrstvách vzduchu oblaky, ktoré pozostávajú z drobných kvapiek vody.
Špecifické teplo vyparovania – fyzické hodnota ukazujúca, koľko tepla je potrebné na premenu kvapaliny s hmotnosťou 1 kg na paru bez zmeny teploty.
Ud. výparné teplo označené písmenom L a merané v J/kg
Ud. výparné teplo vody: L=2,3×106 J/kg, alkohol L=0,9×106
Množstvo tepla potrebného na premenu kvapaliny na paru: Q = Lm
« Fyzika - 10. ročník"
V akých procesoch dochádza k agregátnym premenám hmoty?
Ako môžete zmeniť stav agregácie látky?
Vnútornú energiu akéhokoľvek telesa môžete meniť vykonávaním práce, zahrievaním alebo naopak ochladzovaním.
Takže pri kovaní kovu sa pracuje a zahrieva sa, zároveň sa kov môže zahrievať nad horiacim plameňom.
Taktiež, ak je piest pevný (obr. 13.5), potom sa objem plynu pri zahriatí nemení a nevykonáva sa žiadna práca. Ale teplota plynu, a teda aj jeho vnútorná energia, sa zvyšuje.
Vnútorná energia sa môže zvyšovať a znižovať, takže množstvo tepla môže byť kladné alebo záporné.
Proces prenosu energie z jedného tela do druhého bez vykonania práce sa nazýva výmena tepla.
Kvantitatívna miera zmeny vnútornej energie pri prenose tepla sa nazýva množstvo tepla.
Molekulárny obraz prenosu tepla.
Pri výmene tepla na hranici medzi telesami dochádza k interakcii pomaly sa pohybujúcich molekúl studeného telesa s rýchlo sa pohybujúcimi molekulami horúceho telesa. V dôsledku toho sa kinetické energie molekúl vyrovnávajú a rýchlosti molekúl studeného telesa sa zvyšujú a rýchlosti horúceho telesa sa znižujú.
Počas výmeny tepla sa energia nepremieňa z jednej formy na druhú; časť vnútornej energie viac zohriateho telesa sa prenáša na menej zohriate teleso.
Množstvo tepla a tepelná kapacita.
Už viete, že na zahriatie telesa s hmotnosťou m z teploty t 1 na teplotu t 2 je potrebné odovzdať mu množstvo tepla:
Q = cm(t2 - t1) = cm At. (13,5)
Keď sa teleso ochladí, jeho konečná teplota t 2 je nižšia ako počiatočná teplota t 1 a množstvo tepla, ktoré teleso vydáva, je záporné.
Koeficient c vo vzorci (13.5) sa nazýva Špecifická tepelná kapacita látok.
Špecifické teplo- je to množstvo, ktoré sa číselne rovná množstvu tepla, ktoré látka s hmotnosťou 1 kg prijme alebo uvoľní pri zmene jej teploty o 1 K.
Merná tepelná kapacita plynov závisí od procesu, ktorým dochádza k prenosu tepla. Ak ohrievate plyn pri konštantnom tlaku, roztiahne sa a bude pracovať. Na zahriatie plynu o 1 °C pri konštantnom tlaku je potrebné odovzdať viac tepla, ako ho zohriať pri konštantnom objeme, kedy sa plyn len zohreje.
Kvapaliny a pevné látky pri zahrievaní mierne expandujú. Ich špecifické tepelné kapacity pri konštantnom objeme a konštantnom tlaku sa líšia len málo.
Špecifické teplo vyparovania.
Aby sa kvapalina počas procesu varu premenila na paru, musí sa do nej preniesť určité množstvo tepla. Teplota kvapaliny sa pri vare nemení. Premena kvapaliny na paru pri konštantnej teplote nevedie k zvýšeniu kinetickej energie molekúl, ale je sprevádzaná zvýšením potenciálnej energie ich interakcie. Koniec koncov, priemerná vzdialenosť medzi molekulami plynu je oveľa väčšia ako medzi molekulami kvapaliny.
Množstvo, ktoré sa číselne rovná množstvu tepla potrebného na premenu kvapaliny s hmotnosťou 1 kg na paru pri konštantnej teplote, sa nazýva špecifické teplo vyparovania.
Proces odparovania kvapaliny nastáva pri akejkoľvek teplote, zatiaľ čo najrýchlejšie molekuly opúšťajú kvapalinu a počas odparovania sa ochladzujú. Špecifické teplo vyparovania sa rovná špecifickému teplu vyparovania.
Táto hodnota sa označuje písmenom r a vyjadruje sa v jouloch na kilogram (J/kg).
Merné skupenské teplo vyparovania vody je veľmi vysoké: r H20 = 2,256 10 6 J/kg pri teplote 100 °C. Pre iné kvapaliny, napríklad alkohol, éter, ortuť, petrolej, je merné skupenské teplo vyparovania 3-10 krát menšie ako u vody.
Na premenu kvapaliny s hmotnosťou m na paru je potrebné množstvo tepla, ktoré sa rovná:
Qp = rm. (13.6)
Keď para kondenzuje, uvoľňuje sa rovnaké množstvo tepla:
Qk = -rm. (13.7)
Špecifické teplo topenia.
Keď sa kryštalické teleso topí, všetko teplo, ktoré sa mu dodáva, zvyšuje potenciálnu energiu interakcie medzi molekulami. Kinetická energia molekúl sa nemení, pretože topenie prebieha pri konštantnej teplote.
Hodnota, ktorá sa číselne rovná množstvu tepla potrebného na premenu kryštalickej látky s hmotnosťou 1 kg pri teplote topenia na kvapalinu, sa nazýva špecifické teplo topenia a označuje sa písmenom λ.
Keď látka s hmotnosťou 1 kg vykryštalizuje, uvoľní sa presne také množstvo tepla, aké sa absorbuje pri tavení.
Merné teplo topenia ľadu je pomerne vysoké: 3,34 10 5 J/kg.
„Ak by ľad nemal vysoké teplo topenia, na jar by sa celá masa ľadu musela roztopiť v priebehu niekoľkých minút alebo sekúnd, pretože teplo sa do ľadu neustále prenáša zo vzduchu. Dôsledky toho by boli strašné; veď aj v súčasnej situácii vznikajú veľké povodne a silné prúdy vody, keď sa topia veľké masy ľadu alebo snehu.“ R. Black, XVIII storočie.
Na roztavenie kryštalického telesa s hmotnosťou m je potrebné množstvo tepla, ktoré sa rovná:
Qpl = λm. (13.8)
Množstvo tepla uvoľneného počas kryštalizácie telesa sa rovná:
Qcr = -λm (13,9)
Rovnica tepelnej bilancie.
Uvažujme o výmene tepla v rámci systému pozostávajúceho z niekoľkých telies, ktoré majú spočiatku rôzne teploty, napríklad výmena tepla medzi vodou v nádobe a horúcou železnou guľou spustenou do vody. Podľa zákona zachovania energie sa množstvo tepla, ktoré vydá jedno teleso, číselne rovná množstvu tepla prijatého iným.
Množstvo odovzdaného tepla sa považuje za negatívne, množstvo prijatého tepla sa považuje za pozitívne. Preto celkové množstvo tepla Q1 + Q2 = 0.
Ak dôjde k výmene tepla medzi niekoľkými telesami v izolovanom systéme, potom
Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)
Volá sa rovnica (13.10). rovnica tepelnej bilancie.
Q 1 Q 2, Q 3 sú množstvá tepla prijatého alebo odovzdaného telesami. Tieto množstvá tepla sú vyjadrené vzorcom (13.5) alebo vzorcom (13.6)-(13.9), ak počas procesu výmeny tepla dochádza k rôznym fázovým premenám látky (topenie, kryštalizácia, odparovanie, kondenzácia).
Vnútorná energia telesa sa pri vykonávaní práce alebo prenose tepla mení. Pri fenoméne prenosu tepla sa vnútorná energia prenáša vedením, prúdením alebo sálaním.
Každé telo pri zahrievaní alebo ochladzovaní (prestupom tepla) získava alebo stráca určité množstvo energie. Na základe toho je zvykom nazývať toto množstvo energie množstvom tepla.
takže, množstvo tepla je energia, ktorú telo dáva alebo prijíma počas procesu prenosu tepla.
Koľko tepla je potrebné na ohrev vody? Pomocou jednoduchého príkladu môžete pochopiť, že ohrev rôznych množstiev vody bude vyžadovať rôzne množstvá tepla. Povedzme, že vezmeme dve skúmavky s 1 litrom vody a 2 litrami vody. V akom prípade bude potrebné viac tepla? V druhej, kde sú v skúmavke 2 litre vody. Druhá skúmavka sa zahreje dlhšie, ak ich zohrejeme rovnakým zdrojom ohňa.
Množstvo tepla teda závisí od telesnej hmotnosti. Čím väčšia je hmotnosť, tým väčšie množstvo tepla je potrebné na zahriatie a tým dlhšie trvá ochladzovanie tela.
Od čoho ešte závisí množstvo tepla? Prirodzene, z rozdielu teplôt tela. To však nie je všetko. Ak sa totiž pokúsime zohriať vodu alebo mlieko, budeme potrebovať rôzne množstvo času. To znamená, že sa ukazuje, že množstvo tepla závisí od látky, z ktorej sa telo skladá.
V dôsledku toho sa ukazuje, že množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie alebo množstvo tepla, ktoré sa uvoľní pri ochladzovaní telesa, závisí od jeho hmotnosti, od zmeny teploty a od druhu látky, z ktorej je teleso zložený.
Ako sa meria množstvo tepla?
vzadu jednotka tepla je to všeobecne akceptované 1 Joule. Pred príchodom jednotky merania energie vedci považovali množstvo tepla za kalórie. Táto jednotka merania sa zvyčajne označuje skratkou „J“
Kalórie- to je množstvo tepla, ktoré je potrebné na zohriatie 1 gramu vody o 1 stupeň Celzia. Skrátená forma merania kalórií je „cal“.
1 kal = 4,19 J.
Upozorňujeme, že v týchto energetických jednotkách je zvykom uvádzať nutričnú hodnotu potravín v kJ a kcal.
1 kcal = 1000 kcal.
1 kJ = 1000 J
1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ
Čo je merná tepelná kapacita
Každá látka v prírode má svoje vlastnosti a ohrev každej jednotlivej látky si vyžaduje iné množstvo energie, t.j. množstvo tepla.
Špecifická tepelná kapacita látky- je to množstvo rovnajúce sa množstvu tepla, ktoré je potrebné odovzdať telesu s hmotnosťou 1 kilogram, aby sa zohrialo na teplotu 1 0 C
Špecifická tepelná kapacita je označená písmenom c a má nameranú hodnotu J/kg*
Napríklad merná tepelná kapacita vody je 4200 J/kg* 0 C. To je množstvo tepla, ktoré je potrebné odovzdať 1 kg vody, aby sa ohriala o 1 0 C
Malo by sa pamätať na to, že špecifická tepelná kapacita látok v rôznych stavoch agregácie je odlišná. To znamená zahriať ľad o 1 0 C bude vyžadovať iné množstvo tepla.
Ako vypočítať množstvo tepla na zahriatie telesa
Napríklad je potrebné vypočítať množstvo tepla, ktoré je potrebné vynaložiť na zohriatie 3 kg vody z teploty 15 0 C do teploty 85 0 C. Poznáme mernú tepelnú kapacitu vody, teda množstvo energie, ktoré je potrebné na zohriatie 1 kg vody o 1 stupeň. To znamená, že aby ste v našom prípade zistili množstvo tepla, musíte mernú tepelnú kapacitu vody vynásobiť 3 a počtom stupňov, o ktoré chcete zvýšiť teplotu vody. Takže to je 4200*3*(85-15) = 882 000.
V zátvorkách vypočítame presný počet stupňov, pričom od konečného požadovaného výsledku odpočítame počiatočný výsledok
Takže, aby sa zohriali 3 kg vody z 15 na 85 0 C, potrebujeme 882 000 J tepla.
Množstvo tepla je označené písmenom Q, vzorec na jeho výpočet je nasledujúci:
Q=c*m*(t2-ti).
Analýza a riešenie problémov
Problém 1. Koľko tepla je potrebné na ohrev 0,5 kg vody z 20 na 50 0 C
Vzhľadom na to:
m = 0,5 kg.,
s = 4200 J/kg* 0 C,
t1 = 20 °C,
t2 = 50 °C.
Mernú tepelnú kapacitu sme určili z tabuľky.
Riešenie:
2-t1).
Nahraďte hodnoty:
Q=4200*0,5*(50-20) = 63 000 J = 63 kJ.
odpoveď: Q = 63 kJ.
Úloha 2. Aké množstvo tepla je potrebné na zahriatie hliníkovej tyče s hmotnosťou 0,5 kg na 85 0 C?
Vzhľadom na to:
m = 0,5 kg.,
s = 920 J/kg* 0 C,
t1 = 0 °C,
t2 = 85 °C.
Riešenie:
množstvo tepla je určené vzorcom Q=c*m*(t 2-t1).
Nahraďte hodnoty:
Q=920*0,5*(85-0) = 39 100 J = 39,1 kJ.
odpoveď: Q = 39,1 kJ.
Vnútornú energiu plynu vo valci môžete meniť nielen vykonávaním práce, ale aj zahrievaním plynu (obr. 43). Ak piest zafixujete, objem plynu sa nezmení, ale zvýši sa teplota, a teda vnútorná energia.
Proces prenosu energie z jedného tela do druhého bez vykonania práce sa nazýva výmena tepla alebo prenos tepla.
Energia odovzdaná telu v dôsledku výmeny tepla sa nazýva množstvo tepla. Množstvo tepla sa tiež nazýva energia, ktorú telo vydáva pri výmene tepla.
Molekulárny obraz prenosu tepla. Pri výmene tepla na hranici medzi telesami dochádza k interakcii pomaly sa pohybujúcich molekúl studeného telesa s rýchlejšie sa pohybujúcimi molekulami horúceho telesa. V dôsledku toho kinetické energie
molekuly sa zarovnajú a rýchlosť molekúl studeného telesa sa zvýši a rýchlosť molekúl horúceho telesa sa zníži.
Počas výmeny tepla sa energia nepremieňa z jednej formy na druhú: časť vnútornej energie horúceho telesa sa prenáša na studené teleso.
Množstvo tepla a tepelná kapacita. Z kurzu fyziky triedy VII je známe, že na zahriatie telesa z teploty na teplotu je potrebné povedať mu množstvo tepla.
Keď sa teleso ochladzuje, jeho konečná teplota je nižšia ako počiatočná a množstvo tepla, ktoré telo vydáva, je záporné.
Koeficient c vo vzorci (4.5) sa nazýva merná tepelná kapacita. Špecifická tepelná kapacita je množstvo tepla, ktoré prijme alebo odovzdá 1 kg látky, keď sa jej teplota zmení o 1 K-
Špecifická tepelná kapacita je vyjadrená v jouloch delených kilogrammi vynásobenými kelvinmi. Rôzne telesá vyžadujú rôzne množstvá energie na zvýšenie teploty o I K. Teda merná tepelná kapacita vody a medi
Špecifická tepelná kapacita závisí nielen od vlastností látky, ale aj od procesu, pri ktorom dochádza k prenosu tepla Ak plyn ohrievate pri konštantnom tlaku, roztiahne sa a vykoná prácu. Na zahriatie plynu o 1 °C pri konštantnom tlaku bude potrebné odovzdať mu viac tepla, ako ho zohriať pri konštantnom objeme.
Kvapalné a pevné telesá sa pri zahrievaní mierne rozťahujú a ich špecifické tepelné kapacity pri konštantnom objeme a konštantnom tlaku sa líšia len málo.
Špecifické teplo vyparovania. Aby sa kvapalina premenila na paru, musí sa jej odovzdať určité množstvo tepla. Teplota kvapaliny sa pri tejto premene nemení. Premena kvapaliny na paru pri konštantnej teplote nevedie k zvýšeniu kinetickej energie molekúl, ale je sprevádzaná zvýšením ich potenciálnej energie. Koniec koncov, priemerná vzdialenosť medzi molekulami plynu je mnohonásobne väčšia ako medzi molekulami kvapaliny. Okrem toho zväčšenie objemu pri prechode látky z kvapalného do plynného skupenstva vyžaduje prácu proti silám vonkajšieho tlaku.
Množstvo tepla potrebné na premenu 1 kg kvapaliny na paru pri konštantnej teplote sa nazýva
špecifické teplo vyparovania. Toto množstvo je označené písmenom a vyjadrené v jouloch na kilogram
Špecifické teplo vyparovania vody je veľmi vysoké: pri teplote 100°C. Pre ostatné kvapaliny (alkohol, éter, ortuť, petrolej atď.) je merné výparné teplo 3-10 krát menšie.
Na premenu kvapalnej hmoty na paru je potrebné množstvo tepla, ktoré sa rovná:
Keď para kondenzuje, uvoľňuje sa rovnaké množstvo tepla:
Špecifické teplo topenia. Keď sa kryštalické teleso topí, všetko teplo, ktoré sa mu dodáva, zvyšuje potenciálnu energiu molekúl. Kinetická energia molekúl sa nemení, pretože topenie prebieha pri konštantnej teplote.
Množstvo tepla A potrebné na premenu 1 kg kryštalickej látky pri teplote topenia na kvapalinu s rovnakou teplotou sa nazýva špecifické teplo topenia.
Keď skryštalizuje 1 kg látky, uvoľní sa presne rovnaké množstvo tepla. Špecifické teplo topenia ľadu je pomerne vysoké:
Na roztavenie kryštalického telesa je potrebné množstvo tepla, ktoré sa rovná:
Množstvo tepla uvoľneného počas kryštalizácie telesa sa rovná:
1. Ako sa nazýva množstvo tepla? 2. Od čoho závisí merná tepelná kapacita látok? 3. Čo sa nazýva špecifické teplo vyparovania? 4. Ako sa nazýva špecifické teplo topenia? 5. V akých prípadoch je množstvo odovzdaného tepla záporné?
