Alături de energia mecanică, orice corp (sau sistem) are energie internă. Energia internă este energie de odihnă. Constă în mișcarea haotică termică a moleculelor care alcătuiesc corpul, energia potențială a poziției lor relative, energia cinetică și potențială a electronilor din atomi, nucleonilor din nuclee și așa mai departe.

În termodinamică, este important să se cunoască nu valoarea absolută a energiei interne, ci schimbarea acesteia.

În procesele termodinamice, se modifică doar energia cinetică a moleculelor în mișcare (energia termică nu este suficientă pentru a schimba structura unui atom și cu atât mai mult a unui nucleu). Prin urmare, de fapt sub energie internăîn termodinamică înseamnă energie haotică termică mișcări moleculare.

Energie interna U un mol de gaz ideal este egal cu:

Prin urmare, energia internă depinde doar de temperatură. Energia internă U este o funcție a stării sistemului, indiferent de fundal.

Este clar că, în cazul general, un sistem termodinamic poate avea atât energie internă, cât și energie mecanică, iar diferite sisteme pot face schimb de aceste tipuri de energie.

schimb valutar energie mecanică caracterizat prin perfect lucrarea A,și schimbul de energie internă - cantitatea de căldură transferată Q.

De exemplu, iarna aruncai o piatră fierbinte în zăpadă. Datorită rezervei de energie potențială, s-a făcut lucrări mecanice pentru zdrobirea zăpezii, iar din cauza rezervei de energie internă zăpada s-a topit. Dacă piatra era rece, adică. temperatura pietrei este egală cu temperatura mediului, atunci se va lucra numai, dar nu va exista nici un schimb de energie internă.

Deci, munca și căldura nu sunt forme speciale de energie. Nu poți vorbi despre stocul de căldură sau despre muncă. Aceasta este măsura transferată alt sistem de energie mecanică sau internă. Putem vorbi despre rezerva acestor energii. În plus, energia mecanică poate fi transformată în energie termică și invers. De exemplu, dacă loviți o nicovală cu un ciocan, atunci după un timp ciocanul și nicovala se vor încălzi (acesta este un exemplu disipare energie).

Există multe alte exemple de transformare a unei forme de energie în alta.

Experiența arată că, în toate cazurile, transformarea energiei mecanice în energie termică și invers se realizează întotdeauna în cantități strict echivalente. Aceasta este esența primei legi a termodinamicii, care decurge din legea conservării energiei.

Cantitatea de căldură transmisă corpului este utilizată pentru a crește energia internă și pentru a efectua lucrări asupra corpului:

,

(4.1.1)

- Asta e prima lege a termodinamicii , sau legea conservării energiei în termodinamică.

Regula semnului: dacă căldura este transferată din mediu acest sistem, iar dacă sistemul efectuează lucrări asupra corpurilor înconjurătoare, în timp ce . Având în vedere regula semnului, prima lege a termodinamicii poate fi scrisă astfel:

În această expresie U este funcția de stare a sistemului; d U este diferența sa totală și δ Qşi δ DAR ei nu sunt. În fiecare stare, sistemul are o anumită și numai o astfel de valoare a energiei interne, așa că putem scrie:

,

Este important de reținut că căldura Q si munca DAR depinde de modul în care se face trecerea de la starea 1 la starea 2 (izocorică, adiabatică etc.) și de energia internă U nu depinde. În același timp, nu se poate spune că sistemul are o valoare a căldurii și a muncii determinate pentru o stare dată.

Din formula (4.1.2) rezultă că cantitatea de căldură este exprimată în aceleași unități ca și munca și energia, adică. în jouli (J).

De o importanță deosebită în termodinamică sunt procesele circulare sau ciclice în care sistemul, după ce trece printr-o serie de stări, revine la starea inițială. Figura 4.1 prezintă un proces ciclic 1– A–2–b–1, în timp ce lucrarea A a fost făcută.

Orez. 4.1

La fel de U este funcția de stat, atunci

(4.1.3)

Acest lucru este valabil pentru orice funcție de stat.

Dacă atunci conform primei legi a termodinamicii, i.e. este imposibil să construiești un motor care funcționează periodic, care ar lucra mai mult decât cantitatea de energie care i-a fost transmisă din exterior. Cu alte cuvinte, o mașină cu mișcare perpetuă de primul fel este imposibilă. Aceasta este una dintre formulările primei legi a termodinamicii.

Trebuie remarcat faptul că prima lege a termodinamicii nu indică în ce direcție merg procesele de schimbare a stării, ceea ce este unul dintre deficiențele sale.

« Fizica - clasa a 10-a "

În ce procese are loc transformarea agregată a materiei?
Cum poate fi schimbată starea materiei?

Puteți schimba energia internă a oricărui corp lucrând, încălzindu-l sau, dimpotrivă, răcindu-l.
Astfel, la forjarea unui metal, se lucrează și acesta este încălzit, în timp ce metalul poate fi încălzit în același timp peste o flacără care arde.

De asemenea, dacă pistonul este fix (Fig. 13.5), atunci volumul de gaz nu se modifică atunci când este încălzit și nu se lucrează. Dar temperatura gazului și, prin urmare, energia sa internă, crește.

Energia internă poate crește și scădea, astfel încât cantitatea de căldură poate fi pozitivă sau negativă.

Se numește procesul de transfer de energie de la un corp la altul fără a lucra schimb de caldura.

Măsura cantitativă a modificării energiei interne în timpul transferului de căldură se numește cantitatea de căldură.

Imaginea moleculară a transferului de căldură.

În timpul schimbului de căldură la granița dintre corpuri, moleculele care se mișcă încet ale unui corp rece interacționează cu moleculele care se mișcă rapid ale unui corp fierbinte. Ca urmare, energiile cinetice ale moleculelor sunt egalizate și vitezele moleculelor unui corp rece cresc, în timp ce cele ale unui corp fierbinte scad.

În timpul schimbului de căldură, nu există nicio conversie a energiei de la o formă la alta, o parte din energia internă a unui corp mai fierbinte este transferată unui corp mai puțin încălzit.

Cantitatea de căldură și capacitatea de căldură.

Știți deja că pentru a încălzi un corp cu masa m de la temperatura t 1 la temperatura t 2, este necesar să se transfere în el cantitatea de căldură:

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

Când corpul se răcește, temperatura sa finală t 2 se dovedește a fi mai mică decât temperatura inițială t 1 și cantitatea de căldură degajată de corp este negativă.

Coeficientul c din formula (13.5) se numește capacitatea termică specifică substante.

Căldura specifică- aceasta este o valoare egală numeric cu cantitatea de căldură pe care o primește sau o degajă o substanță cu masa de 1 kg atunci când temperatura sa se modifică cu 1 K.

Capacitatea termică specifică a gazelor depinde de procesul prin care este transferată căldura. Dacă încălziți un gaz la presiune constantă, acesta se va extinde și va funcționa. Pentru a încălzi un gaz cu 1 °C la presiune constantă, trebuie să transfere mai multă căldură decât să-l încălzească la un volum constant, când gazul se va încălzi doar.

Lichidele și solidele se extind ușor când sunt încălzite. Capacitățile lor specifice de căldură la volum constant și presiune constantă diferă puțin.

Căldura specifică de vaporizare.

Pentru a transforma un lichid în vapori în timpul procesului de fierbere, este necesar să îi transferați o anumită cantitate de căldură. Temperatura unui lichid nu se schimbă atunci când fierbe. Transformarea lichidului în vapori la o temperatură constantă nu duce la o creștere a energiei cinetice a moleculelor, ci este însoțită de o creștere a energiei potențiale a interacțiunii lor. La urma urmei, distanța medie dintre moleculele de gaz este mult mai mare decât între moleculele lichide.

Valoarea egală numeric cu cantitatea de căldură necesară pentru a transforma un lichid de 1 kg în abur la o temperatură constantă se numește căldură specifică de vaporizare.

Procesul de evaporare a lichidului are loc la orice temperatură, în timp ce cele mai rapide molecule părăsesc lichidul, iar acesta se răcește în timpul evaporării. Căldura specifică de vaporizare este egală cu căldura specifică de vaporizare.

Această valoare este notă cu litera r și este exprimată în jouli pe kilogram (J / kg).

Căldura specifică de vaporizare a apei este foarte mare: r H20 = 2,256 10 6 J/kg la o temperatură de 100 °C. În alte lichide, precum alcoolul, eterul, mercurul, kerosenul, căldura specifică de vaporizare este de 3-10 ori mai mică decât cea a apei.

Pentru a transforma un lichid cu masa m în abur, este necesară o cantitate de căldură egală cu:

Q p \u003d rm. (13,6)

Când aburul se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură:

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

Căldura specifică de fuziune.

Când un corp cristalin se topește, toată căldura furnizată acestuia duce la creșterea energiei potențiale de interacțiune a moleculelor. Energia cinetică a moleculelor nu se modifică, deoarece topirea are loc la o temperatură constantă.

Valoarea egală numeric cu cantitatea de căldură necesară pentru a transforma o substanță cristalină care cântărește 1 kg la punctul de topire într-un lichid se numește căldură specifică de fuziuneși sunt notate cu litera λ.

În timpul cristalizării unei substanțe cu o masă de 1 kg, se eliberează exact aceeași cantitate de căldură cum este absorbită în timpul topirii.

Căldura specifică de topire a gheții este destul de mare: 3,34 10 5 J/kg.

„Dacă gheața nu ar avea o căldură mare de fuziune, atunci în primăvară întreaga masă de gheață ar trebui să se topească în câteva minute sau secunde, deoarece căldura este transferată continuu în gheață din aer. Consecințele acestui lucru ar fi cumplite; căci chiar și în situația actuală, din topirea maselor mari de gheață sau zăpadă apar mari inundații și torenți mari de apă.” R. Black, secolul al XVIII-lea

Pentru a topi un corp cristalin de masă m este necesară o cantitate de căldură egală cu:

Qpl \u003d λm. (13,8)

Cantitatea de căldură eliberată în timpul cristalizării corpului este egală cu:

Q cr = -λm (13,9)

Ecuația de echilibru termic.

Luați în considerare schimbul de căldură în cadrul unui sistem format din mai multe corpuri având inițial temperaturi diferite, de exemplu, schimbul de căldură între apa dintr-un vas și o minge fierbinte de fier coborâtă în apă. Conform legii conservării energiei, cantitatea de căldură degajată de un corp este numeric egală cu cantitatea de căldură primită de altul.

Cantitatea dată de căldură este considerată negativă, cantitatea de căldură primită este considerată pozitivă. Prin urmare, cantitatea totală de căldură Q1 + Q2 = 0.

Dacă schimbul de căldură are loc între mai multe corpuri dintr-un sistem izolat, atunci

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)

Ecuația (13.10) se numește ecuația de echilibru termic.

Aici Q 1 Q 2 , Q 3 - cantitatea de căldură primită sau eliberată de corpuri. Aceste cantități de căldură sunt exprimate prin formula (13.5) sau formulele (13.6) - (13.9), dacă în procesul de transfer de căldură au loc diverse transformări de fază ale substanței (topire, cristalizare, vaporizare, condensare).

Energia internă a unui sistem termodinamic poate fi modificată în două moduri:

1. lucrează la sistem
2. prin interacțiunea termică.

Transferul de căldură către un corp nu este legat de efectuarea lucrărilor macroscopice asupra corpului. În acest caz, modificarea energiei interne este cauzată de faptul că moleculele individuale ale corpului cu o temperatură mai mare lucrează asupra unor molecule ale corpului, care au o temperatură mai scăzută. În acest caz, interacțiunea termică se realizează datorită conducției termice. Transferul de energie este posibil și cu ajutorul radiațiilor. Sistemul de procese microscopice (care nu se referă la întregul corp, ci la molecule individuale) se numește transfer de căldură. Cantitatea de energie care este transferată de la un corp la altul ca urmare a transferului de căldură este determinată de cantitatea de căldură care este transferată de la un corp la altul.

Definiție

căldură numită energia care este primită (sau dată) de către organism în procesul de schimb de căldură cu corpurile înconjurătoare (mediul). Căldura este indicată, de obicei, prin litera Q.

Aceasta este una dintre mărimile de bază în termodinamică. Căldura este inclusă în expresiile matematice ale primei și celei de-a doua legi ale termodinamicii. Se spune că căldura este energie sub formă de mișcare moleculară.

Căldura poate fi comunicată sistemului (corpului), sau poate fi preluată din acesta. Se crede că dacă căldura este transmisă sistemului, atunci aceasta este pozitivă.

Formula de calcul a căldurii cu o schimbare a temperaturii

Cantitatea elementară de căldură se notează cu . Rețineți că elementul de căldură pe care sistemul îl primește (degajă) cu o mică modificare a stării sale nu este o diferență totală. Motivul pentru aceasta este că căldura este o funcție a procesului de schimbare a stării sistemului.

Cantitatea elementară de căldură care este raportată sistemului, iar temperatura se schimbă de la T la T + dT, este:

unde C este capacitatea termică a corpului. Dacă corpul luat în considerare este omogen, atunci formula (1) pentru cantitatea de căldură poate fi reprezentată ca:

unde este căldura specifică a corpului, m este masa corpului, este capacitatea de căldură molară, este masa molară a substanței, este numărul de moli ai substanței.

Dacă corpul este omogen, iar capacitatea termică este considerată independentă de temperatură, atunci cantitatea de căldură () pe care o primește corpul atunci când temperatura acestuia crește cu o valoare poate fi calculată ca:

unde t 2 , t 1 temperatura corpului înainte și după încălzire. Vă rugăm să rețineți că atunci când găsiți diferența () în calcule, temperaturile pot fi înlocuite atât în ​​grade Celsius, cât și în kelvin.

Formula pentru cantitatea de căldură în timpul tranzițiilor de fază

Trecerea de la o fază a unei substanțe la alta este însoțită de absorbția sau eliberarea unei anumite cantități de căldură, care se numește căldura tranziției de fază.

Deci, pentru a transfera un element de materie dintr-o stare solidă într-un lichid, ar trebui să fie informat cu privire la cantitatea de căldură () egală cu:

unde este căldura specifică de fuziune, dm este elementul de masă corporală. În acest caz, trebuie avut în vedere faptul că organismul trebuie să aibă o temperatură egală cu punctul de topire al substanței în cauză. În timpul cristalizării, se eliberează căldură egală cu (4).

Cantitatea de căldură (căldura de vaporizare) necesară pentru a transforma lichidul în vapori poate fi găsită ca:

unde r este căldura specifică de vaporizare. Când aburul se condensează, căldura este eliberată. Căldura de evaporare este egală cu căldura de condensare a unor mase egale de materie.

Unități pentru măsurarea cantității de căldură

Unitatea de bază pentru măsurarea cantității de căldură din sistemul SI este: [Q]=J

O unitate de căldură în afara sistemului, care se găsește adesea în calculele tehnice. [Q]=cal (calorii). 1 cal = 4,1868 J.

Exemple de rezolvare a problemelor

Exemplu

Exercițiu. Ce volume de apă trebuie amestecate pentru a obține 200 de litri de apă la o temperatură de t=40C, dacă temperatura unei mase de apă t 1 =10C, a doua masă de apă t 2 =60C?

Decizie. Scriem ecuația bilanţului termic sub forma:

unde Q=cmt - cantitatea de căldură preparată după amestecarea apei; Q 1 \u003d cm 1 t 1 - cantitatea de căldură a unei părți de apă cu temperatura t 1 și masa m 1; Q 2 \u003d cm 2 t 2 - cantitatea de căldură a unei părți de apă cu temperatura t 2 și masa m 2.

Ecuația (1.1) implică:

Când combinăm părți de apă rece (V 1) și fierbinte (V 2) într-un singur volum (V), putem accepta că:

Deci, obținem un sistem de ecuații:

Rezolvând-o, obținem:

Obiectivul articolului nostru este cantitatea de căldură. Vom lua în considerare conceptul de energie internă, care se transformă atunci când această valoare se schimbă. De asemenea, vom prezenta câteva exemple de aplicare a calculelor în activitatea umană.

Căldură

Cu orice cuvânt din limba maternă, fiecare persoană are propriile sale asociații. Ele sunt determinate de experiența personală și de sentimentele iraționale. Ce este de obicei reprezentat de cuvântul „căldură”? O pătură moale, o baterie de încălzire centrală funcțională iarna, prima lumină solară primăvara, o pisică. Sau privirea unei mame, un cuvânt reconfortant de la un prieten, atenție oportună.

Fizicienii înțeleg prin aceasta un termen foarte specific. Și foarte important, mai ales în unele secțiuni ale acestei științe complexe, dar fascinante.

Termodinamica

Nu merită să luați în considerare cantitatea de căldură izolat de cele mai simple procese pe care se bazează legea conservării energiei - nimic nu va fi clar. Prin urmare, pentru început, le reamintim cititorilor noștri.

Termodinamica consideră orice lucru sau obiect ca o combinație a unui număr foarte mare de părți elementare - atomi, ioni, molecule. Ecuațiile sale descriu orice modificare a stării colective a sistemului ca întreg și ca parte a întregului atunci când se modifică parametrii macro. Acestea din urmă sunt înțelese ca temperatură (notată cu T), presiune (P), concentrație de componente (de obicei C).

Energie interna

Energia internă este un termen destul de complicat, al cărui sens ar trebui înțeles înainte de a vorbi despre cantitatea de căldură. Indică energia care se modifică odată cu creșterea sau scăderea valorii parametrilor macro ai obiectului și nu depinde de sistemul de referință. Face parte din energia totală. El coincide cu el în condițiile în care centrul de masă al obiectului studiat este în repaus (adică nu există nicio componentă cinetică).

Când o persoană simte că un obiect (de exemplu, o bicicletă) s-a încălzit sau s-a răcit, aceasta arată că toate moleculele și atomii care alcătuiesc acest sistem au experimentat o schimbare a energiei interne. Cu toate acestea, constanța temperaturii nu înseamnă păstrarea acestui indicator.

Munca si caldura

Energia internă a oricărui sistem termodinamic poate fi transformată în două moduri:

• lucrând la el;
• în timpul schimbului de căldură cu mediul.

Formula pentru acest proces arată astfel:

dU=Q-A, unde U este energia internă, Q este căldura, A este muncă.

Cititorul să nu se lase înșelat de simplitatea expresiei. Permutarea arată că Q=dU+A, dar introducerea entropiei (S) aduce formula la forma dQ=dSxT.

Deoarece în acest caz ecuația ia forma unei ecuații diferențiale, prima expresie necesită același lucru. În plus, în funcție de forțele care acționează în obiectul studiat și de parametrul care este calculat, se obține raportul necesar.

Să luăm o bilă de metal ca exemplu de sistem termodinamic. Dacă puneți presiune pe el, îl aruncați în sus, îl aruncați într-o fântână adâncă, atunci asta înseamnă să lucrați la el. În exterior, toate aceste acțiuni inofensive nu vor provoca niciun rău mingii, dar energia sa internă se va schimba, deși foarte ușor.

A doua modalitate este transferul de căldură. Acum ajungem la scopul principal al acestui articol: o descriere a cantității de căldură. Aceasta este o astfel de schimbare a energiei interne a unui sistem termodinamic care are loc în timpul transferului de căldură (vezi formula de mai sus). Se măsoară în jouli sau calorii. Evident, dacă mingea este ținută peste o brichetă, la soare, sau pur și simplu într-o mână caldă, se va încălzi. Și apoi, prin schimbarea temperaturii, poți afla cantitatea de căldură care i-a fost comunicată în același timp.

De ce gazul este cel mai bun exemplu de schimbare a energiei interne și de ce studenților nu le place fizica din cauza asta

Mai sus, am descris modificările parametrilor termodinamici ai unei mingi metalice. Nu sunt foarte vizibile fără dispozitive speciale, iar cititorul este lăsat să spună un cuvânt despre procesele care au loc cu obiectul. Un alt lucru este dacă sistemul este pe gaz. Apăsați pe el - va fi vizibil, încălziți-l - presiunea va crește, o va coborî sub pământ - și acest lucru se poate repara cu ușurință. Prin urmare, în manuale, gazul este cel mai adesea luat ca un sistem termodinamic vizual.

Dar, din păcate, nu se acordă prea multă atenție experimentelor reale în educația modernă. Un om de știință care scrie un manual metodologic înțelege perfect ce este în joc. Lui i se pare că, folosind exemplul moleculelor de gaz, toți parametrii termodinamici vor fi demonstrați în mod adecvat. Dar pentru un student care tocmai descoperă această lume, este plictisitor să audă despre un balon ideal cu un piston teoretic. Dacă școala ar avea adevărate laboratoare de cercetare și ore dedicate lucrului în ele, totul ar fi diferit. Până acum, din păcate, experimentele sunt doar pe hârtie. Și, cel mai probabil, tocmai asta îi determină pe oameni să considere această ramură a fizicii ca pe ceva pur teoretic, departe de viață și inutil.

Prin urmare, am decis să dăm ca exemplu bicicleta deja menționată mai sus. O persoană apasă pe pedale - lucrează la ele. Pe lângă comunicarea cuplului întregului mecanism (datorită căruia bicicleta se mișcă în spațiu), se modifică energia internă a materialelor din care sunt realizate pârghiile. Ciclistul împinge mânerele pentru a se întoarce și din nou face treaba.

Energia internă a învelișului exterior (plastic sau metal) este crescută. O persoană merge într-o poiană sub soarele strălucitor - bicicleta se încălzește, cantitatea de căldură se schimbă. Se oprește pentru a se odihni la umbra unui stejar bătrân și sistemul se răcește, irosind calorii sau jouli. Crește viteza - crește schimbul de energie. Cu toate acestea, calculul cantității de căldură în toate aceste cazuri va arăta o valoare foarte mică, imperceptibilă. Prin urmare, se pare că nu există manifestări ale fizicii termodinamice în viața reală.

Aplicarea calculelor pentru modificările cantității de căldură

Probabil, cititorul va spune că toate acestea sunt foarte informative, dar de ce suntem așa chinuiți la școală cu aceste formule. Și acum vom da exemple în ce domenii ale activității umane sunt direct necesare și cum acest lucru se aplică oricui în viața de zi cu zi.

Pentru început, uită-te în jurul tău și numără: câte obiecte metalice te înconjoară? Probabil mai mult de zece. Dar înainte de a deveni o agrafă, vagon, inel sau unitate flash, orice metal este topit. Fiecare fabrică care prelucrează, de exemplu, minereu de fier trebuie să înțeleagă cât de mult combustibil este necesar pentru a optimiza costurile. Și atunci când se calculează acest lucru, este necesar să se cunoască capacitatea termică a materiilor prime care conțin metal și cantitatea de căldură care trebuie să i se transmită pentru ca toate procesele tehnologice să aibă loc. Deoarece energia eliberată de o unitate de combustibil este calculată în jouli sau calorii, formulele sunt necesare direct.

Sau un alt exemplu: majoritatea supermarketurilor au un departament cu produse congelate - peste, carne, fructe. În cazul în care materiile prime din carne de animale sau fructe de mare sunt transformate într-un semifabricat, aceștia trebuie să știe câtă energie electrică vor folosi unitățile de refrigerare și congelare pe tonă sau unitate de produs finit. Pentru a face acest lucru, ar trebui să calculați câtă căldură pierde un kilogram de căpșuni sau calmari atunci când sunt răcite cu un grad Celsius. Și în cele din urmă, aceasta va arăta câtă energie electrică va cheltui un congelator de o anumită capacitate.

Avioane, nave, trenuri

Mai sus, am arătat exemple de obiecte relativ imobile, statice, care sunt informate sau, dimpotrivă, le este luată o anumită cantitate de căldură. Pentru obiectele care se deplasează în procesul de funcționare în condiții de schimbare constantă a temperaturii, calculele cantității de căldură sunt importante dintr-un alt motiv.

Există așa ceva ca „oboseala metalică”. Include, de asemenea, sarcinile maxime admise la o anumită rată de schimbare a temperaturii. Imaginați-vă un avion care decolează din tropicele umede în atmosfera superioară înghețată. Inginerii trebuie să muncească din greu pentru ca acesta să nu se destrame din cauza fisurilor din metal care apar la schimbarea temperaturii. Ei caută o compoziție de aliaj care să reziste la sarcini reale și să aibă o marjă mare de siguranță. Și pentru a nu căuta orbește, în speranța de a da din greșeală compoziția dorită, trebuie să faci o mulțime de calcule, inclusiv cele care includ modificări ale cantității de căldură.

SCHIMB DE CALDURA.

1.Transfer de căldură.

Schimb de căldură sau transfer de căldură este procesul de transfer a energiei interne a unui corp către altul fără a lucra.

Există trei tipuri de transfer de căldură.

1) Conductivitate termică este schimbul de căldură între corpurile aflate în contact direct.

2) Convecție este transferul de căldură în care căldura este transferată prin fluxuri de gaz sau lichid.

3) Radiația este transferul de căldură prin radiație electromagnetică.

2. Cantitatea de căldură.

Cantitatea de căldură este o măsură a modificării energiei interne a unui corp în timpul schimbului de căldură. Notat prin literă Q.

Unitatea de măsură a cantității de căldură = 1 J.

Cantitatea de căldură primită de un corp de la un alt corp ca urmare a transferului de căldură poate fi cheltuită pentru creșterea temperaturii (creșterea energiei cinetice a moleculelor) sau pentru modificarea stării de agregare (creșterea energiei potențiale).

3. Capacitatea termică specifică a unei substanțe.

Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp de masă m de la temperatura T 1 la temperatura T 2 este proporțională cu masa corporală m și cu diferența de temperatură (T 2 - T 1), adică.

Q = cm(T 2 - T 1 ) = cumΔ T,

cu se numește capacitatea termică specifică a substanței corpului încălzit.

Capacitatea termică specifică a unei substanțe este egală cu cantitatea de căldură care trebuie transmisă la 1 kg de substanță pentru a o încălzi cu 1 K.

Unitate de capacitate termică specifică =.

Valorile capacității termice ale diferitelor substanțe pot fi găsite în tabelele fizice.

Exact aceeași cantitate de căldură Q va fi eliberată atunci când corpul este răcit de ΔT.

4. Căldura specifică de vaporizare.

Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a transforma un lichid în vapori este proporțională cu masa lichidului, adică.

Q = lm,

unde este coeficientul de proporționalitate L se numeste caldura specifica de vaporizare.

Căldura specifică de vaporizare este egală cu cantitatea de căldură necesară pentru a transforma 1 kg de lichid la punctul de fierbere în abur.

Unitate de măsură pentru căldura specifică de vaporizare.

În procesul invers, condensarea aburului, căldura este eliberată în aceeași cantitate care a fost cheltuită pentru vaporizare.

5. Căldura specifică de fuziune.

Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a transforma un solid într-un lichid este proporțională cu masa corpului, adică.

Q = λ m,

unde coeficientul de proporționalitate λ se numește căldură specifică de fuziune.

Căldura specifică de fuziune este egală cu cantitatea de căldură necesară pentru a transforma un corp solid cu o greutate de 1 kg într-un lichid la punctul de topire.

Unitate de măsură pentru căldura specifică de fuziune.

În procesul invers, cristalizarea unui lichid, căldura este eliberată în aceeași cantitate care a fost cheltuită la topire.

6. Căldura specifică de ardere.

Experiența arată că cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a combustibilului este proporțională cu masa combustibilului, adică.

Q = qm,

Unde factorul de proporționalitate q se numește căldură specifică de ardere.

Căldura specifică de ardere este egală cu cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a 1 kg de combustibil.

Unitate de măsură pentru căldura specifică de ardere.

7. Ecuația echilibrului termic.

Două sau mai multe corpuri sunt implicate în schimbul de căldură. Unele corpuri degajă căldură, în timp ce altele o primesc. Transferul de căldură are loc până când temperaturile corpurilor devin egale. Conform legii conservării energiei, cantitatea de căldură care este emisă este egală cu cantitatea care este primită. Pe această bază, se scrie ecuația bilanţului termic.

Luați în considerare un exemplu.

Un corp de masă m 1 , a cărui capacitate termică este c 1 , are temperatura T 1 , iar un corp de masă m 2 , a cărui capacitate termică este c 2 , are temperatura T 2 . Mai mult, T1 este mai mare decât T2. Aceste corpuri sunt aduse în contact. Experiența arată că un corp rece (m 2) începe să se încălzească, iar un corp fierbinte (m 1) începe să se răcească. Acest lucru sugerează că o parte din energia internă a unui corp fierbinte este transferată la unul rece, iar temperaturile se uniformizează. Să notăm temperatura totală finală cu θ.

Cantitatea de căldură transferată de la un corp fierbinte la unul rece

Q transferat. = c 1 m 1 (T 1 – θ )

Cantitatea de căldură primită de un corp rece de la unul fierbinte

Q primit. = c 2 m 2 (θ – T 2 )

Conform legii conservării energiei Q transferat. = Q primit., adică

c 1 m 1 (T 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – T 2 )

Să deschidem parantezele și să exprimăm valoarea temperaturii totale la starea de echilibru θ.

Valoarea temperaturii θ în acest caz se va obține în kelvin.

Cu toate acestea, deoarece în expresiile pentru Q a trecut. iar Q este primit. dacă există o diferență între două temperaturi și este aceeași atât în ​​kelvin, cât și în grade Celsius, atunci calculul poate fi efectuat în grade Celsius. Apoi

În acest caz, valoarea temperaturii θ se va obține în grade Celsius.

Egalizarea temperaturilor ca rezultat al conducerii căldurii poate fi explicată pe baza teoriei cinetice moleculare ca un schimb de energie cinetică între molecule în timpul coliziunii în procesul mișcării haotice termice.

Acest exemplu poate fi ilustrat cu un grafic.