หัวข้อบทเรียน: "ปริมาณความร้อน หน่วยปริมาณความร้อน ความจุความร้อนจำเพาะ การคำนวณปริมาณความร้อน" การคำนวณปริมาณความร้อนระหว่างการถ่ายเทความร้อน ความจุความร้อนจำเพาะของสาร สมการสมดุลความร้อน

อะไรจะร้อนเร็วขึ้นบนเตา - กาต้มน้ำหรือถังน้ำ? คำตอบนั้นชัดเจน - กาน้ำชา แล้วคำถามที่สองคือทำไม?

คำตอบก็ชัดเจนไม่น้อย - เนื่องจากมวลน้ำในกาต้มน้ำมีน้อยกว่า ยอดเยี่ยม. และตอนนี้คุณสามารถสัมผัสประสบการณ์ทางกายภาพที่แท้จริงได้ด้วยตัวเองที่บ้านแล้ว ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องมีกระทะขนาดเล็กสองใบที่เหมือนกันน้ำในปริมาณเท่ากันและ น้ำมันพืชเช่น ครึ่งลิตรและเตา วางกระทะที่มีน้ำมันและน้ำบนไฟร้อนเดียวกัน ตอนนี้แค่ดูว่าอะไรจะร้อนขึ้นเร็วขึ้น หากคุณมีเทอร์โมมิเตอร์สำหรับของเหลวก็สามารถใช้ได้ แต่ถ้าไม่มี คุณสามารถใช้นิ้วทดสอบอุณหภูมิเป็นครั้งคราว แต่ระวังอย่าให้ถูกไฟไหม้ ไม่ว่าในกรณีใดคุณจะเห็นว่าน้ำมันร้อนขึ้นอย่างมากในไม่ช้า เร็วกว่าน้ำ. และอีกหนึ่งคำถามที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในรูปแบบของประสบการณ์ได้เช่นกัน ซึ่งจะเดือดเร็วขึ้น - น้ำอุ่นหรือหนาว? ทุกอย่างชัดเจนอีกครั้ง - อันอบอุ่นจะเป็นคนแรกที่เส้นชัย เหตุใดจึงมีคำถามและการทดลองแปลกๆ เหล่านี้? เพื่อกำหนดปริมาณทางกายภาพที่เรียกว่า “ปริมาณความร้อน”

ปริมาณความร้อน

ปริมาณความร้อนคือพลังงานที่ร่างกายสูญเสียหรือได้รับระหว่างการถ่ายเทความร้อน นี่ชัดเจนจากชื่อ เมื่อเย็นลง ร่างกายจะสูญเสียความร้อนจำนวนหนึ่ง และเมื่อได้รับความร้อนก็จะดูดซับไว้ และคำตอบสำหรับคำถามของเราก็แสดงให้เราเห็น ปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับอะไร?ประการแรกยิ่งมากขึ้น มวลร่างกายยิ่งต้องใช้ความร้อนมากขึ้นในการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหนึ่งองศา ประการที่สอง ปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการให้ความร้อนแก่ร่างกายนั้นขึ้นอยู่กับสารที่ร่างกายประกอบด้วย ซึ่งก็คือ ประเภทของสาร และประการที่สาม ความแตกต่างของอุณหภูมิร่างกายก่อนและหลังการถ่ายเทความร้อนก็มีความสำคัญต่อการคำนวณของเราเช่นกัน จากข้อมูลข้างต้นเราทำได้ กำหนดปริมาณความร้อนโดยใช้สูตร:

Q=ซม.(t_2-t_1) ,

โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน
ม. - น้ำหนักตัว
(t_2-t_1) - ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิร่างกายเริ่มต้นและสุดท้าย
ค- ความร้อนจำเพาะพบสารได้จากตารางที่เกี่ยวข้อง

เมื่อใช้สูตรนี้ คุณสามารถคำนวณปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำความร้อนให้กับร่างกายหรือที่ร่างกายนี้จะปล่อยออกมาเมื่อเย็นตัวลง

ปริมาณความร้อนวัดเป็นจูล (1 J) เช่นเดียวกับพลังงานประเภทอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ค่านี้ถูกนำมาใช้เมื่อไม่นานมานี้ และผู้คนเริ่มวัดปริมาณความร้อนเร็วขึ้นมาก และพวกเขาใช้หน่วยที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในยุคของเรา - แคลอรี่ (1 แคลอรี่) 1 แคลอรี่คือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้น้ำ 1 กรัมร้อนขึ้น 1 องศาเซลเซียส จากข้อมูลเหล่านี้ ผู้ที่ชื่นชอบการนับแคลอรี่ในอาหารที่รับประทานสามารถคำนวณปริมาณน้ำที่สามารถต้มกับพลังงานที่พวกเขาบริโภคพร้อมกับอาหารในระหว่างวันได้เพื่อความสนุกสนาน

บทความของเราเน้นที่ปริมาณความร้อน เราจะดูที่แนวคิด กำลังภายในซึ่งจะแปลงเมื่อค่านี้เปลี่ยนแปลง นอกจากนี้เรายังจะแสดงตัวอย่างการใช้การคำนวณในกิจกรรมของมนุษย์ด้วย

ความร้อน

ด้วยคำพูดอะไรก็ได้ ภาษาพื้นเมืองแต่ละคนมีสมาคมของตนเอง พวกเขาถูกกำหนดไว้แล้ว ประสบการณ์ส่วนตัวและความรู้สึกที่ไม่มีเหตุผล คุณมักจะนึกถึงอะไรเมื่อได้ยินคำว่า "ความอบอุ่น"? ผ้าห่มนุ่ม แบตใช้งานได้ ระบบความร้อนกลางฤดูหนาวก่อนอื่น แสงแดดฤดูใบไม้ผลิ, แมว หรือหน้าตาของแม่ คำพูดปลอบใจของเพื่อน ความเอาใจใส่ที่ทันท่วงที

นักฟิสิกส์หมายถึงคำที่เจาะจงมากในเรื่องนี้ และที่สำคัญมากโดยเฉพาะในบางส่วนของวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนแต่น่าหลงใหลนี้

อุณหพลศาสตร์

มันไม่คุ้มที่จะพิจารณาปริมาณความร้อนที่แยกออกจากกระบวนการที่ง่ายที่สุดซึ่งใช้กฎการอนุรักษ์พลังงาน - ไม่มีอะไรชัดเจน ดังนั้นก่อนอื่นให้เราเตือนผู้อ่านของเราก่อน

อุณหพลศาสตร์ถือว่าสิ่งใดหรือวัตถุใด ๆ เป็นการรวมกันขององค์ประกอบพื้นฐานจำนวนมาก - อะตอม, ไอออน, โมเลกุล สมการของมันอธิบายการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสถานะรวมของระบบโดยรวมและเป็นส่วนหนึ่งของทั้งหมดเมื่อพารามิเตอร์มาโครเปลี่ยนแปลง อย่างหลังหมายถึงอุณหภูมิ (แสดงเป็น T) ความดัน (P) ความเข้มข้นของส่วนประกอบ (ปกติคือ C)

กำลังภายใน

พลังงานภายในเป็นคำที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งควรทำความเข้าใจความหมายก่อนที่จะพูดถึงปริมาณความร้อน โดยแสดงถึงพลังงานที่เปลี่ยนแปลงเมื่อค่าของพารามิเตอร์มาโครของวัตถุเพิ่มขึ้นหรือลดลง และไม่ขึ้นอยู่กับระบบอ้างอิง มันเป็นส่วนหนึ่งของพลังงานทั้งหมด มันเกิดขึ้นพร้อมกันในสภาวะที่จุดศูนย์กลางมวลของสิ่งที่ศึกษาอยู่นิ่ง (นั่นคือไม่มีองค์ประกอบทางจลน์)

เมื่อบุคคลรู้สึกว่าวัตถุ (เช่น จักรยาน) ร้อนหรือเย็น แสดงว่าโมเลกุลและอะตอมทั้งหมดที่ประกอบกันเป็น ระบบนี้ประสบกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน อย่างไรก็ตามอุณหภูมิคงที่ไม่ได้หมายถึงการรักษาตัวบ่งชี้นี้

การทำงานและความร้อน

พลังงานภายในของระบบเทอร์โมไดนามิกส์สามารถเปลี่ยนได้สองวิธี:

• โดยการทำงานนั้น
• ระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม

สูตรสำหรับกระบวนการนี้มีลักษณะดังนี้:

dU=Q-A โดยที่ U คือพลังงานภายใน Q คือความร้อน A คืองาน

อย่าให้ผู้อ่านถูกหลอกด้วยความเรียบง่ายของสำนวน การจัดเรียงใหม่แสดงให้เห็นว่า Q=dU+A การนำเอนโทรปี (S) มาใช้จะทำให้สูตรอยู่ในรูปแบบ dQ=dSxT

เนื่องจากในกรณีนี้ สมการจะอยู่ในรูปของอนุพันธ์ นิพจน์แรกจึงต้องเหมือนกัน ต่อไป ขึ้นอยู่กับแรงที่กระทำต่อวัตถุที่กำลังศึกษาและพารามิเตอร์ที่กำลังคำนวณ จะได้อัตราส่วนที่ต้องการ

ลองใช้ลูกบอลโลหะเป็นตัวอย่างของระบบเทอร์โมไดนามิกส์ หากคุณกดมัน โยนมันขึ้น ปล่อยมันลงในบ่อลึก นั่นหมายถึงการทำงานกับมัน ภายนอกการกระทำที่ไม่เป็นอันตรายเหล่านี้จะไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อลูกบอล แต่พลังงานภายในของมันจะเปลี่ยนไปแม้ว่าจะเล็กน้อยมากก็ตาม

วิธีที่สองคือการแลกเปลี่ยนความร้อน ตอนนี้เรามาถึงเป้าหมายหลักของบทความนี้แล้ว: คำอธิบายปริมาณความร้อน นี่คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของระบบอุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อน (ดูสูตรด้านบน) มีหน่วยวัดเป็นจูลหรือแคลอรี่ แน่นอนว่าหากถือลูกบอลไว้เหนือไฟแช็ค กลางแดด หรือเพียงแค่อยู่ในร่ม มือที่อบอุ่นแล้วมันก็จะร้อนขึ้น จากนั้นคุณสามารถใช้การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเพื่อหาปริมาณความร้อนที่สื่อสารกับมันได้

เหตุใดก๊าซจึงเป็นตัวอย่างที่ดีที่สุดของการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน และเหตุใดเด็กนักเรียนจึงไม่ชอบฟิสิกส์ด้วยเหตุนี้

ข้างต้น เราได้อธิบายการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ของลูกบอลโลหะ พวกเขาจะไม่เห็นได้ชัดเจนนักหากไม่มีอุปกรณ์พิเศษและผู้อ่านสามารถรับคำเกี่ยวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นกับวัตถุเท่านั้น อีกเรื่องถ้าระบบเป็นแก๊ส กดที่มัน - จะมองเห็นได้ ให้ความร้อน - ความดันจะเพิ่มขึ้น ลดระดับลงใต้ดิน - และสามารถบันทึกได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นในตำราเรียน ก๊าซจึงมักถูกใช้เป็นระบบเทอร์โมไดนามิกส์เชิงภาพ

แต่อนิจจาใน การศึกษาสมัยใหม่ไม่ค่อยให้ความสนใจกับการทดลองจริงมากนัก นักวิทยาศาสตร์ที่เขียน ชุดเครื่องมือเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงสิ่งที่เป็นเดิมพัน สำหรับเขาดูเหมือนว่าเมื่อใช้ตัวอย่างโมเลกุลของแก๊ส พารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ทั้งหมดจะถูกแสดงให้เห็นอย่างเหมาะสม แต่นักเรียนที่เพิ่งค้นพบโลกนี้รู้สึกเบื่อที่จะได้ยินเกี่ยวกับขวดในอุดมคติที่มีลูกสูบตามทฤษฎี หากโรงเรียนมีห้องปฏิบัติการวิจัยจริงและจัดสรรชั่วโมงการทำงานในนั้น สิ่งต่างๆ ก็จะแตกต่างออกไป จนถึงตอนนี้ น่าเสียดายที่การทดลองนี้ทำได้บนกระดาษเท่านั้น และเป็นไปได้มากว่านี่คือเหตุผลว่าทำไมผู้คนถึงคิด ส่วนนี้ฟิสิกส์กับบางสิ่งที่เป็นทฤษฎีล้วนๆ ห่างไกลจากชีวิตและไม่จำเป็น

ดังนั้นเราจึงตัดสินใจใช้จักรยานที่กล่าวมาข้างต้นเป็นตัวอย่าง มีคนกดแป้นเหยียบและเหยียบแป้นเหล่านั้น นอกเหนือจากการจ่ายแรงบิดให้กับกลไกทั้งหมด (ต้องขอบคุณการที่จักรยานเคลื่อนที่ไปในอวกาศ) พลังงานภายในของวัสดุที่ใช้คันโยกก็เปลี่ยนไปด้วย นักปั่นจักรยานกดที่จับเพื่อหมุน และทำงานอีกครั้ง

กำลังภายใน ครอบคลุมด้านนอก(พลาสติกหรือโลหะ) เพิ่มขึ้น ชายคนหนึ่งขับรถออกไปในที่โล่งข้างใต้ แสงแดดสดใส- จักรยานร้อนขึ้น ปริมาณความร้อนจะเปลี่ยนไป หยุดพักผ่อนใต้ร่มเงาของต้นโอ๊กเก่า และระบบจะเย็นลง สูญเสียแคลอรี่หรือจูล เพิ่มความเร็ว-เพิ่มการแลกเปลี่ยนพลังงาน อย่างไรก็ตาม การคำนวณปริมาณความร้อนในทุกกรณีจะแสดงค่าที่น้อยมากจนมองไม่เห็น ดังนั้นจึงดูเหมือนว่าการสำแดงของฟิสิกส์อุณหพลศาสตร์เข้ามา ชีวิตจริงเลขที่

การประยุกต์ใช้การคำนวณการเปลี่ยนแปลงปริมาณความร้อน

ผู้อ่านอาจจะบอกว่าทั้งหมดนี้ให้ความรู้มาก แต่ทำไมเราถึงทรมานที่โรงเรียนด้วยสูตรเหล่านี้? และตอนนี้เราจะยกตัวอย่างกิจกรรมของมนุษย์ที่จำเป็นโดยตรงในด้านใด และสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับทุกคนในชีวิตประจำวันอย่างไร

ขั้นแรก มองไปรอบๆ ตัวคุณแล้วนับ: มีวัตถุโลหะอยู่รอบตัวคุณกี่ชิ้น? น่าจะมากกว่าสิบนะ แต่ก่อนที่จะกลายเป็นคลิปหนีบกระดาษ รถม้า แหวน หรือแฟลชไดรฟ์ โลหะใดๆ ก็ตามจะต้องผ่านการหลอม โรงงานแต่ละแห่งที่แปรรูปแร่เหล็ก เช่น จะต้องเข้าใจว่าต้องใช้เชื้อเพลิงเป็นจำนวนเท่าใดจึงจะสามารถปรับต้นทุนให้เหมาะสมได้ และเมื่อคำนวณสิ่งนี้จำเป็นต้องทราบความจุความร้อนของวัตถุดิบที่มีโลหะและปริมาณความร้อนที่ต้องให้เพื่อให้ทุกอย่างเกิดขึ้น กระบวนการทางเทคโนโลยี. เนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาจากหน่วยเชื้อเพลิงจะคำนวณเป็นจูลหรือแคลอรี่ จึงจำเป็นต้องใช้สูตรโดยตรง

หรืออีกตัวอย่างหนึ่ง: ซูเปอร์มาร์เก็ตส่วนใหญ่มีแผนกที่จำหน่ายสินค้าแช่แข็ง เช่น ปลา เนื้อสัตว์ ผลไม้ ในกรณีที่วัตถุดิบจากเนื้อสัตว์หรืออาหารทะเลถูกแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป จะต้องรู้ว่าหน่วยทำความเย็นและแช่แข็งจะใช้ไฟฟ้าเท่าใดต่อตันหรือหน่วยของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป ในการทำเช่นนี้คุณต้องคำนวณความร้อนของสตรอเบอร์รี่หรือปลาหมึกหนึ่งกิโลกรัมที่สูญเสียไปเมื่อทำให้เย็นลงหนึ่งองศาเซลเซียส และท้ายที่สุด สิ่งนี้จะแสดงให้เห็นว่าช่องแช่แข็งของพลังงานบางอย่างจะใช้พลังงานไฟฟ้าเท่าใด

เครื่องบิน เรือ รถไฟ

ข้างต้น เราได้แสดงตัวอย่างของวัตถุคงที่ซึ่งค่อนข้างไม่เคลื่อนที่ซึ่งมีการถ่ายทอดความร้อนจำนวนหนึ่งออกไป หรือในทางกลับกัน ความร้อนจำนวนหนึ่งถูกดึงออกไป สำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่ในสภาวะอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาระหว่างการทำงาน การคำนวณปริมาณความร้อนมีความสำคัญด้วยเหตุผลอื่น

มีสิ่งที่เรียกว่า "ความเหนื่อยล้าของโลหะ" อีกทั้งยังรวมไปถึงความสุดยอดอีกด้วย โหลดที่อนุญาตในอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่แน่นอน ลองนึกภาพเครื่องบินลำหนึ่งบินขึ้นจากเขตร้อนชื้นสู่ชั้นบรรยากาศชั้นบนที่เย็นยะเยือก วิศวกรต้องทำงานอย่างหนักเพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่แตกหักเนื่องจากรอยแตกในโลหะที่เกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง พวกเขากำลังมองหาส่วนประกอบโลหะผสมที่สามารถรับน้ำหนักได้จริงและมีความปลอดภัยสูง และเพื่อไม่ให้ค้นหาแบบสุ่มสี่สุ่มห้าโดยหวังว่าจะสะดุดองค์ประกอบที่ต้องการโดยไม่ตั้งใจคุณต้องทำการคำนวณมากมายรวมถึงการคำนวณที่รวมการเปลี่ยนแปลงปริมาณความร้อนด้วย

การแลกเปลี่ยนความร้อน

1. การแลกเปลี่ยนความร้อน

การแลกเปลี่ยนความร้อนหรือการถ่ายเทความร้อนเป็นกระบวนการถ่ายโอนพลังงานภายในของร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งโดยไม่ต้องทำงาน

การถ่ายเทความร้อนมีสามประเภท

1) การนำความร้อน- นี่คือการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างวัตถุระหว่างการสัมผัสโดยตรง

2) การพาความร้อน- นี่คือการแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งความร้อนถูกถ่ายโอนโดยการไหลของก๊าซหรือของเหลว

3) การแผ่รังสี– นี่คือการแลกเปลี่ยนความร้อนผ่านรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

2. ปริมาณความร้อน

ปริมาณความร้อนคือการวัดการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของร่างกายระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อน แสดงด้วยจดหมาย ถาม.

หน่วยวัดปริมาณความร้อน = 1 J

ปริมาณความร้อนที่ร่างกายได้รับจากอีกวัตถุหนึ่งซึ่งเป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถนำไปใช้กับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น (การเพิ่มพลังงานจลน์ของโมเลกุล) หรือการเปลี่ยนแปลงสถานะของการรวมตัว (การเพิ่มพลังงานศักย์)

3.ความจุความร้อนจำเพาะของสาร

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำความร้อนร่างกายที่มีมวล m จากอุณหภูมิ T 1 ถึงอุณหภูมิ T 2 เป็นสัดส่วนกับมวลของร่างกาย m และความแตกต่างของอุณหภูมิ (T 2 - T 1) เช่น

ถาม = ซม(ท 2 - ต 1 ) = สมΔ ที,

กับเรียกว่า ความจุความร้อนจำเพาะสารจากร่างกายที่ได้รับความร้อน

ความจุความร้อนจำเพาะของสารเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องให้สาร 1 กิโลกรัมเพื่อให้ความร้อน 1 เคลวิน

หน่วยวัดความจุความร้อนจำเพาะ =.

ค่าความจุความร้อนของสารต่างๆ สามารถดูได้ในตารางทางกายภาพ

ความร้อน Q จะถูกปล่อยออกมาในปริมาณเท่ากันทุกประการเมื่อร่างกายถูกทำให้เย็นลงโดย ΔT

4. ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของเหลวเป็นไอน้ำนั้นแปรผันตามมวลของของเหลว กล่าวคือ

ถาม = ล,

ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนอยู่ที่ไหน ลเรียกว่า ความร้อนจำเพาะการกลายเป็นไอ

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ เท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของเหลว 1 กิโลกรัมที่จุดเดือดให้เป็นไอน้ำ

หน่วยวัดความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ในระหว่างกระบวนการย้อนกลับ การควบแน่นของไอน้ำ ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในปริมาณเดียวกับที่ใช้ไปกับการก่อตัวของไอน้ำ

5. ความร้อนจำเพาะของฟิวชัน

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนของแข็งให้เป็นของเหลวนั้นแปรผันตามมวลของร่างกาย กล่าวคือ

ถาม = λ ม,

โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน lam เรียกว่าความร้อนจำเพาะของฟิวชัน

ความร้อนจำเพาะของฟิวชันเท่ากับปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการเปลี่ยนวัตถุแข็งที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมให้เป็นของเหลวที่จุดหลอมเหลว

หน่วยวัดความร้อนจำเพาะของฟิวชัน

ในระหว่างกระบวนการย้อนกลับ การตกผลึกของของเหลว ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในปริมาณเดียวกับที่ใช้ในการหลอม

6. ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงโดยสมบูรณ์นั้นแปรผันตามมวลของเชื้อเพลิง กล่าวคือ

ถาม = ถามม,

โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วน q เรียกว่าความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้

ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้เท่ากับปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิง 1 กิโลกรัมโดยสมบูรณ์

หน่วยวัดความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้

7.สมการ สมดุลความร้อน.

การแลกเปลี่ยนความร้อนเกี่ยวข้องกับวัตถุสองชิ้นขึ้นไป ร่างบางปล่อยความร้อนออกมาในขณะที่บางตัวก็รับมัน การแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้นจนกว่าอุณหภูมิของร่างกายจะเท่ากัน ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจะเท่ากับปริมาณที่ได้รับ บนพื้นฐานนี้ สมการสมดุลความร้อนจะถูกเขียนขึ้น

ลองดูตัวอย่าง

วัตถุที่มีมวล m 1 ซึ่งมีความจุความร้อนคือ c 1 มีอุณหภูมิ T 1 และวัตถุมีมวล m 2 ซึ่งมีความจุความร้อนคือ c 2 มีอุณหภูมิ T 2 ยิ่งกว่านั้น T 1 มากกว่า T 2 ร่างกายเหล่านี้สัมผัสกัน ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าร่างกายที่เย็น (m 2) เริ่มร้อนขึ้น และร่างกายที่ร้อน (m 1) เริ่มเย็นลง นี่แสดงให้เห็นว่าพลังงานภายในส่วนหนึ่งของวัตถุร้อนถูกถ่ายโอนไปยังพลังงานเย็น และอุณหภูมิจะเท่ากัน ให้เราแสดงอุณหภูมิโดยรวมสุดท้ายด้วย θ

ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทจากตัวร้อนไปสู่ตัวเย็น

ถาม โอนแล้ว = ค 1 ม 1 (ท 1 – θ )

ปริมาณความร้อนที่ตัวความเย็นได้รับจากตัวที่ร้อน

ถาม ได้รับ. = ค 2 ม 2 (θ – ต 2 )

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ถาม โอนแล้ว = ถาม ได้รับ., เช่น.

ค 1 ม 1 (ท 1 – θ )= ค 2 ม 2 (θ – ต 2 )

ลองเปิดวงเล็บแล้วแสดงค่าของอุณหภูมิสภาวะคงตัวรวม θ

ในกรณีนี้ เราได้ค่าอุณหภูมิ θ ในหน่วยเคลวิน

อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก Q ถูกส่งผ่านในนิพจน์ และได้รับ Q คือความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิสองอุณหภูมิและจะเท่ากันทั้งในหน่วยเคลวินและหน่วยองศาเซลเซียส จากนั้นจึงคำนวณเป็นหน่วยองศาเซลเซียสได้ แล้ว

ในกรณีนี้ เราได้ค่าอุณหภูมิ θ เป็นองศาเซลเซียส

การทำให้อุณหภูมิเท่ากันซึ่งเป็นผลมาจากการนำความร้อนสามารถอธิบายได้บนพื้นฐานของทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุล โดยเป็นการแลกเปลี่ยนพลังงานจลน์ระหว่างโมเลกุลเมื่อเกิดการชนกันในกระบวนการของการเคลื่อนที่ที่ไม่เป็นระเบียบเนื่องจากความร้อน

ตัวอย่างนี้สามารถแสดงด้วยกราฟ

« ฟิสิกส์ - ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10"

การเปลี่ยนแปลงโดยรวมของสสารเกิดขึ้นในกระบวนการใด?
ฉันจะเปลี่ยนได้อย่างไร สถานะของการรวมตัวสาร?

คุณสามารถเปลี่ยนพลังงานภายในของร่างกายใดๆ ได้ด้วยการทำงาน ให้ความร้อน หรือในทางกลับกัน ทำให้เย็นลง
ดังนั้นเมื่อทำการตีโลหะงานจะเสร็จและให้ความร้อนขึ้นในขณะเดียวกันก็สามารถให้ความร้อนโลหะเหนือเปลวไฟที่กำลังลุกไหม้ได้

นอกจากนี้หากลูกสูบได้รับการแก้ไข (รูปที่ 13.5) ปริมาตรของก๊าซจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อถูกความร้อนและไม่มีงานทำ แต่อุณหภูมิของก๊าซและพลังงานภายในจะเพิ่มขึ้น

พลังงานภายในสามารถเพิ่มหรือลดลงได้ ดังนั้นปริมาณความร้อนจึงสามารถเป็นบวกหรือลบได้

กระบวนการถ่ายโอนพลังงานจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งโดยไม่ต้องทำงานเรียกว่า การแลกเปลี่ยนความร้อน.

เรียกว่าการวัดเชิงปริมาณของการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในระหว่างการถ่ายเทความร้อน ปริมาณความร้อน.

ภาพโมเลกุลของการถ่ายเทความร้อน

ในระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ขอบเขตระหว่างวัตถุ ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่เคลื่อนที่ช้าๆ ของวัตถุเย็นกับโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วของวัตถุที่ร้อนจะเกิดขึ้น เป็นผลให้พลังงานจลน์ของโมเลกุลเท่ากัน และความเร็วของโมเลกุลของวัตถุเย็นเพิ่มขึ้น และความเร็วของวัตถุที่ร้อนลดลง

ในระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อน พลังงานจะไม่ถูกแปลงจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง พลังงานภายในส่วนหนึ่งของวัตถุที่มีความร้อนมากกว่าจะถูกถ่ายโอนไปยังวัตถุที่มีความร้อนน้อยกว่า

ปริมาณความร้อนและความจุความร้อน

คุณรู้อยู่แล้วว่าการให้ความร้อนแก่มวล m จากอุณหภูมิ t 1 ถึงอุณหภูมิ t 2 จำเป็นต้องถ่ายโอนความร้อนจำนวนหนึ่งไป:

Q = ซม.(t 2 - เสื้อ 1) = ซม. Δt (13.5)

เมื่อร่างกายเย็นลง อุณหภูมิสุดท้ายของร่างกาย t 2 จะน้อยกว่าอุณหภูมิเริ่มต้น t 1 และปริมาณความร้อนที่ร่างกายปล่อยออกมาจะเป็นลบ

เรียกว่าสัมประสิทธิ์ c ในสูตร (13.5) ความจุความร้อนจำเพาะสาร

ความร้อนจำเพาะ- นี่คือปริมาณเป็นตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อนที่สารน้ำหนัก 1 กิโลกรัมได้รับหรือปล่อยออกมาเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง 1 เคลวิน

ความจุความร้อนจำเพาะของก๊าซขึ้นอยู่กับกระบวนการที่เกิดการถ่ายเทความร้อน หากคุณให้ความร้อนแก่แก๊สที่ความดันคงที่ ก๊าซจะขยายตัวและทำงานได้ ในการทำความร้อนก๊าซขึ้น 1 °C ที่ความดันคงที่ จะต้องถ่ายเทความร้อนมากกว่าการให้ความร้อนที่ปริมาตรคงที่ ซึ่งก๊าซจะมีความร้อนเพิ่มขึ้นเท่านั้น

ของเหลวและ ของแข็งขยายตัวเล็กน้อยเมื่อถูกความร้อน ความจุความร้อนจำเพาะที่ปริมาตรคงที่และความดันคงที่แตกต่างกันเล็กน้อย

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ

ในการเปลี่ยนของเหลวให้เป็นไอน้ำในระหว่างกระบวนการเดือด จะต้องถ่ายเทความร้อนจำนวนหนึ่งไป อุณหภูมิของของเหลวไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเดือด การเปลี่ยนของเหลวเป็นไอที่อุณหภูมิคงที่ไม่ได้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ของโมเลกุล แต่จะมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของพลังงานศักย์ของปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน ท้ายที่สุดแล้ว ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลของก๊าซนั้นมากกว่าระหว่างโมเลกุลของเหลวมาก

ปริมาณที่เป็นตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการแปลงของเหลวที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมเป็นไอน้ำที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่า ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ.

กระบวนการระเหยของของเหลวเกิดขึ้นที่อุณหภูมิใดก็ได้ ในขณะที่โมเลกุลที่เร็วที่สุดจะออกจากของเหลว และจะเย็นตัวลงในระหว่างการระเหย ความร้อนจำเพาะของการระเหยมีค่าเท่ากับความร้อนจำเพาะของการระเหย

ค่านี้แสดงด้วยตัวอักษร r และแสดงเป็นจูลต่อกิโลกรัม (J/kg)

ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอของน้ำมีค่าสูงมาก: r H20 = 2.256 · 10 6 J/kg ที่อุณหภูมิ 100 °C สำหรับของเหลวอื่นๆ เช่น แอลกอฮอล์ อีเทอร์ ปรอท น้ำมันก๊าด ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอจะน้อยกว่าน้ำ 3-10 เท่า

ในการแปลงของเหลวที่มีมวล m เป็นไอ จำเป็นต้องใช้ปริมาณความร้อนเท่ากับ:

คิว พี = RM (13.6)

เมื่อไอน้ำควบแน่น ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในปริมาณเท่ากัน:

ถาม k = -rm (13.7)

ความร้อนจำเพาะของฟิวชัน

เมื่อวัตถุที่เป็นผลึกละลาย ความร้อนทั้งหมดที่จ่ายไปจะไปเพิ่มพลังงานศักย์ของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล พลังงานจลน์ของโมเลกุลไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากการหลอมละลายเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่

ค่าตัวเลขเท่ากับปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเปลี่ยนสารผลึกที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมที่จุดหลอมเหลวให้เป็นของเหลวเรียกว่า ความร้อนจำเพาะของฟิวชันและเขียนแทนด้วยตัวอักษร แล

เมื่อสารที่มีน้ำหนัก 1 กิโลกรัมตกผลึก ปริมาณความร้อนจะถูกปล่อยออกมาเท่ากันทุกประการกับที่ถูกดูดซับในระหว่างการหลอมละลาย

ความร้อนจำเพาะของการละลายน้ำแข็งค่อนข้างสูง: 3.34 10 5 J/kg

“ถ้าน้ำแข็งไม่มีความร้อนฟิวชันสูง ในฤดูใบไม้ผลิ มวลน้ำแข็งทั้งหมดจะต้องละลายในเวลาไม่กี่นาทีหรือวินาที เนื่องจากความร้อนจากอากาศถูกถ่ายเทไปยังน้ำแข็งอย่างต่อเนื่อง ผลที่ตามมาของสิ่งนี้จะเลวร้ายมาก ท้ายที่สุดแม้ในสถานการณ์ปัจจุบันก็เกิดน้ำท่วมใหญ่และ กระแสน้ำที่แข็งแกร่งน้ำเมื่อน้ำแข็งหรือหิมะจำนวนมากละลาย” อาร์. แบล็ค ศตวรรษที่ 18

ในการละลายวัตถุที่เป็นผลึกที่มีมวล m จำเป็นต้องใช้ปริมาณความร้อนเท่ากับ:

คิวพีแอล = แลม. (13.8)

ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการตกผลึกของวัตถุมีค่าเท่ากับ:

Q cr = -แลม (13.9)

สมการสมดุลความร้อน

ให้เราพิจารณาการแลกเปลี่ยนความร้อนภายในระบบที่ประกอบด้วยวัตถุหลายตัวที่เริ่มแรกมี อุณหภูมิที่แตกต่างกันตัวอย่างเช่น การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างน้ำในภาชนะกับลูกเหล็กร้อนที่ตกลงไปในน้ำ ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากวัตถุหนึ่งจะมีค่าเท่ากับปริมาณความร้อนที่อีกวัตถุหนึ่งได้รับ

ปริมาณความร้อนที่ได้รับถือเป็นลบ ปริมาณความร้อนที่ได้รับถือว่าเป็นบวก ดังนั้น ปริมาณความร้อนรวม Q1 + Q2 = 0

หากการแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้นระหว่างวัตถุหลายตัวในระบบแยก

ค 1 + ค 2 + ค 3 + ... = 0 (13.10)

เรียกว่าสมการ (13.10) สมการสมดุลความร้อน.

ในที่นี้ Q 1 Q 2, Q 3 คือปริมาณความร้อนที่ได้รับหรือปล่อยออกมาจากร่างกาย ปริมาณความร้อนเหล่านี้แสดงออกมาตามสูตร (13.5) หรือสูตร (13.6)-(13.9) หากการเปลี่ยนแปลงเฟสต่างๆ ของสาร (การหลอม การตกผลึก การกลายเป็นไอ การควบแน่น) เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน

แนวคิดเรื่องปริมาณความร้อนจึงเกิดขึ้น ระยะแรกการพัฒนาฟิสิกส์ยุคใหม่เมื่อไม่มีแนวคิดที่ชัดเจน โครงสร้างภายในสาร พลังงานคืออะไร พลังงานรูปแบบใดที่มีอยู่ในธรรมชาติ และพลังงานในรูปแบบของการเคลื่อนไหวและการเปลี่ยนแปลงของสสาร

ปริมาณความร้อนหมายถึง ปริมาณทางกายภาพเทียบเท่ากับพลังงานที่ถ่ายโอนไปยังตัววัสดุในกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อน

หน่วยความร้อนที่ล้าสมัยคือแคลอรี่เท่ากับ 4.2 J ทุกวันนี้หน่วยนี้ไม่ได้ใช้งานจริงและจูลก็เข้ามาแทนที่

ในขั้นต้น สันนิษฐานว่าตัวพาพลังงานความร้อนเป็นตัวกลางไร้น้ำหนักโดยสมบูรณ์และมีคุณสมบัติเป็นของเหลว ปัญหาทางกายภาพมากมายของการถ่ายเทความร้อนได้รับการแก้ไขแล้วและยังคงได้รับการแก้ไขตามสมมติฐานนี้ การมีอยู่ของแคลอรี่สมมุติเป็นพื้นฐานสำหรับโครงสร้างที่ถูกต้องหลายประการ เชื่อกันว่าแคลอรี่จะถูกปล่อยออกมาและถูกดูดซับในปรากฏการณ์ของการให้ความร้อนและความเย็น การหลอมและการตกผลึก ได้สมการที่ถูกต้องสำหรับกระบวนการถ่ายเทความร้อนตามแนวคิดทางกายภาพที่ไม่ถูกต้อง มีกฎที่ทราบกันว่าปริมาณความร้อนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของร่างกายที่มีส่วนร่วมในการแลกเปลี่ยนความร้อนและการไล่ระดับอุณหภูมิ:

โดยที่ Q คือปริมาณความร้อน m คือมวลกาย และค่าสัมประสิทธิ์ กับ– ปริมาณที่เรียกว่าความจุความร้อนจำเพาะ ความจุความร้อนจำเพาะเป็นลักษณะของสารที่เกี่ยวข้องในกระบวนการ

ทำงานในอุณหพลศาสตร์

อันเป็นผลมาจากกระบวนการทางความร้อนทำให้ทำความสะอาด งานเครื่องกล. ตัวอย่างเช่น เมื่อแก๊สร้อนขึ้น ปริมาตรของมันก็จะเพิ่มมากขึ้น ลองใช้สถานการณ์ตามภาพด้านล่าง:

ในกรณีนี้จะเป็นงานเครื่องกล ความแข็งแกร่งที่เท่าเทียมกันแรงดันแก๊สบนลูกสูบคูณด้วยระยะทางที่ลูกสูบเคลื่อนที่ภายใต้ความดัน แน่นอนสิ่งนี้ กรณีที่ง่ายที่สุด. แต่ถึงแม้จะอยู่ในนั้นเราก็สามารถสังเกตเห็นความยากลำบากอย่างหนึ่ง: แรงกดจะขึ้นอยู่กับปริมาตรของก๊าซซึ่งหมายความว่าเราไม่ได้เกี่ยวข้องกับค่าคงที่ แต่ด้วยปริมาณที่แปรผัน เนื่องจากตัวแปรทั้งสาม: ความดัน อุณหภูมิ และปริมาตรมีความสัมพันธ์กัน การคำนวณงานจึงมีความซับซ้อนมากขึ้นอย่างมาก มีกระบวนการในอุดมคติและช้าอย่างไม่มีที่สิ้นสุด: ไอโซบาริก อุณหภูมิคงที่ อะเดียแบติก และไอโซคอริก ซึ่งการคำนวณดังกล่าวสามารถทำได้ค่อนข้างง่าย กราฟของความดันเทียบกับปริมาตรจะถูกพล็อต และงานจะถูกคำนวณเป็นส่วนสำคัญของแบบฟอร์ม