Ang kapasidad ng init ay ang kakayahang sumipsip ng kaunting init sa panahon ng pag-init o ibigay ito kapag pinalamig. Ang kapasidad ng init ng isang katawan ay ang ratio ng isang napakaliit na halaga ng init na natatanggap ng isang katawan sa katumbas na pagtaas ng mga tagapagpahiwatig ng temperatura nito. Ang halaga ay sinusukat sa J/K. Sa pagsasagawa, ang isang bahagyang naiibang halaga ay ginagamit - tiyak na kapasidad ng init.

Kahulugan

Ano ang ibig sabihin ng tiyak na kapasidad ng init? Ito ay isang dami na nauugnay sa isang solong halaga ng isang sangkap. Alinsunod dito, ang dami ng isang substance ay maaaring masukat sa cubic meters, kilo, o kahit sa mga moles. Ano ang nakasalalay dito? Sa pisika, ang kapasidad ng init ay direktang nakasalalay sa kung aling quantitative unit ang tinutukoy nito, na nangangahulugan na nakikilala nila ang pagitan ng molar, masa at volumetric na kapasidad ng init. Sa industriya ng konstruksiyon, hindi ka makakatagpo ng mga sukat ng molar, ngunit sa iba - sa lahat ng oras.

Ano ang nakakaapekto sa tiyak na kapasidad ng init?

Alam mo kung ano ang kapasidad ng init, ngunit kung anong mga halaga ang nakakaapekto sa tagapagpahiwatig ay hindi pa malinaw. Ang halaga ng tiyak na init ay direktang apektado ng ilang mga bahagi: ang temperatura ng sangkap, presyon at iba pang mga katangian ng thermodynamic.

Habang tumataas ang temperatura ng produkto, tumataas ang tiyak na kapasidad ng init nito, gayunpaman, ang ilang mga sangkap ay naiiba sa isang ganap na hindi linear na kurba sa pagtitiwala na ito. Halimbawa, sa pagtaas ng mga tagapagpahiwatig ng temperatura mula sa zero hanggang tatlumpu't pitong degree, ang tiyak na kapasidad ng init ng tubig ay nagsisimulang bumaba, at kung ang limitasyon ay nasa pagitan ng tatlumpu't pito at isang daang degree, kung gayon ang tagapagpahiwatig, sa kabaligtaran, ay pagtaas.

Kapansin-pansin na ang parameter ay nakasalalay din sa kung paano pinapayagang magbago ang mga thermodynamic na katangian ng produkto (pressure, volume, at iba pa). Halimbawa, ang tiyak na init sa isang matatag na presyon at sa isang matatag na dami ay magkakaiba.

Paano makalkula ang parameter?

Interesado ka ba sa kung ano ang kapasidad ng init? Ang formula ng pagkalkula ay ang mga sumusunod: C \u003d Q / (m ΔT). Ano ang mga halagang ito? Ang Q ay ang dami ng init na natatanggap ng produkto kapag pinainit (o inilabas ng produkto habang pinapalamig). m ay ang masa ng produkto, at ang ΔT ay ang pagkakaiba sa pagitan ng pangwakas at paunang temperatura ng produkto. Nasa ibaba ang isang talahanayan ng kapasidad ng init ng ilang mga materyales.

Ano ang masasabi tungkol sa pagkalkula ng kapasidad ng init?

Ang pagkalkula ng kapasidad ng init ay hindi isang madaling gawain, lalo na kung ang mga thermodynamic na pamamaraan lamang ang ginagamit, imposibleng gawin ito nang mas tumpak. Samakatuwid, ginagamit ng mga physicist ang mga pamamaraan ng statistical physics o kaalaman sa microstructure ng mga produkto. Paano makalkula ang gas? Ang kapasidad ng init ng isang gas ay kinakalkula mula sa pagkalkula ng average na enerhiya ng thermal motion ng mga indibidwal na molekula sa isang sangkap. Ang mga paggalaw ng mga molekula ay maaaring isang uri ng pagsasalin at pag-ikot, at sa loob ng isang molekula ay maaaring mayroong isang buong atom o panginginig ng boses ng mga atomo. Sinasabi ng mga klasikal na istatistika na para sa bawat antas ng kalayaan ng rotational at translational na mga paggalaw, mayroong isang molar value, na katumbas ng R / 2, at para sa bawat vibrational degree ng kalayaan, ang halaga ay katumbas ng R. Ang panuntunang ito ay tinatawag ding batas ng equipartition.

Sa kasong ito, ang isang particle ng isang monatomic gas ay naiiba lamang ng tatlong translational degree ng kalayaan, at samakatuwid ang kapasidad ng init nito ay dapat na katumbas ng 3R/2, na kung saan ay nasa mahusay na pagsang-ayon sa eksperimento. Ang bawat molekula ng diatomic gas ay may tatlong translational, dalawang rotational at isang vibrational degrees ng kalayaan, na nangangahulugan na ang equipartition law ay magiging 7R/2, at ipinakita ng karanasan na ang heat capacity ng isang mole ng isang diatomic gas sa ordinaryong temperatura ay 5R/ 2. Bakit nagkaroon ng ganoong pagkakaiba sa teorya? Ang lahat ay dahil sa ang katunayan na kapag nagtatatag ng kapasidad ng init, kakailanganing isaalang-alang ang iba't ibang mga epekto ng kabuuan, sa madaling salita, upang gumamit ng mga istatistika ng kabuuan. Tulad ng nakikita mo, ang kapasidad ng init ay isang medyo kumplikadong konsepto.

Sinasabi ng quantum mechanics na ang anumang sistema ng mga particle na nag-oscillate o umiikot, kabilang ang isang molekula ng gas, ay maaaring magkaroon ng ilang mga discrete na halaga ng enerhiya. Kung ang enerhiya ng thermal motion sa naka-install na sistema ay hindi sapat upang pukawin ang mga oscillations ng kinakailangang dalas, kung gayon ang mga oscillations na ito ay hindi nakakatulong sa kapasidad ng init ng system.

Sa mga solido, ang thermal motion ng mga atomo ay isang mahinang oscillation sa paligid ng ilang mga posisyon ng equilibrium, nalalapat ito sa mga node ng crystal lattice. Ang isang atom ay may tatlong vibrational degrees ng kalayaan at, ayon sa batas, ang molar heat capacity ng isang solid body ay katumbas ng 3nR, kung saan ang n ay ang bilang ng mga atom na naroroon sa molekula. Sa pagsasagawa, ang halagang ito ay ang limitasyon kung saan ang kapasidad ng init ng katawan ay may kaugaliang mataas na temperatura. Ang halaga ay nakamit sa mga normal na pagbabago sa temperatura sa maraming elemento, nalalapat ito sa mga metal, pati na rin ang mga simpleng compound. Ang kapasidad ng init ng tingga at iba pang mga sangkap ay tinutukoy din.

Ano ang masasabi tungkol sa mababang temperatura?

Alam na natin kung ano ang kapasidad ng init, ngunit kung pag-uusapan natin ang tungkol sa mababang temperatura, paano kakalkulahin ang halaga noon? Kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga tagapagpahiwatig ng mababang temperatura, kung gayon ang kapasidad ng init ng isang solidong katawan ay magiging proporsyonal T 3 o ang tinatawag na Debye's law of heat capacity. Ang pangunahing criterion para sa pagkilala sa mataas na temperatura mula sa mababa ay ang karaniwang paghahambing ng mga ito sa isang parameter na katangian ng isang partikular na sangkap - ito ay maaaring maging katangian o Debye temperatura q D . Ang ipinakita na halaga ay itinakda ng spectrum ng panginginig ng boses ng mga atomo sa produkto at lubos na nakadepende sa istruktura ng kristal.

Sa mga metal, ang mga conduction electron ay gumagawa ng isang tiyak na kontribusyon sa kapasidad ng init. Ang bahaging ito ng kapasidad ng init ay kinakalkula gamit ang mga istatistika ng Fermi-Dirac, na isinasaalang-alang ang mga electron. Ang elektronikong kapasidad ng init ng isang metal, na proporsyonal sa karaniwang kapasidad ng init, ay medyo maliit na halaga, at ito ay nag-aambag sa kapasidad ng init ng metal lamang sa mga temperatura na malapit sa absolute zero. Pagkatapos ang kapasidad ng init ng sala-sala ay nagiging napakaliit at maaaring mapabayaan.

Kapasidad ng mass heat

Ang mass specific heat capacity ay ang dami ng init na kailangang dalhin sa isang unit mass ng isang substance upang mapainit ang produkto kada unit temperature. Ang halagang ito ay tinutukoy ng titik C at ito ay sinusukat sa joules na hinati sa isang kilo bawat kelvin - J / (kg K). Ito ang lahat na may kinalaman sa kapasidad ng init ng masa.

Ano ang volumetric heat capacity?

Ang volumetric heat capacity ay isang tiyak na dami ng init na kailangang dalhin sa isang unit volume ng produksyon upang mapainit ito sa bawat unit temperature. Ang indicator na ito ay sinusukat sa joules na hinati sa isang cubic meter kada kelvin o J / (m³ K). Sa maraming mga libro ng sangguniang gusali, ang mass specific na kapasidad ng init sa trabaho ang isinasaalang-alang.

Praktikal na aplikasyon ng kapasidad ng init sa industriya ng konstruksiyon

Maraming mga materyal na masinsinang init ang aktibong ginagamit sa pagtatayo ng mga pader na lumalaban sa init. Ito ay lubhang mahalaga para sa mga bahay na nailalarawan sa pamamagitan ng panaka-nakang pag-init. Halimbawa, oven. Ang mga heat-intensive na produkto at pader na binuo mula sa mga ito ay perpektong nag-iipon ng init, iniimbak ito sa mga panahon ng pag-init at unti-unting naglalabas ng init pagkatapos patayin ang system, kaya pinapayagan kang mapanatili ang isang katanggap-tanggap na temperatura sa buong araw.

Kaya, mas maraming init ang nakaimbak sa istraktura, mas komportable at matatag ang temperatura sa mga silid.

Dapat pansinin na ang ordinaryong brick at kongkreto na ginagamit sa pagtatayo ng pabahay ay may makabuluhang mas mababang kapasidad ng init kaysa sa pinalawak na polystyrene. Kung kukuha tayo ng ecowool, ito ay tatlong beses na mas nakakaubos ng init kaysa sa kongkreto. Dapat pansinin na sa formula para sa pagkalkula ng kapasidad ng init, hindi walang kabuluhan na mayroong masa. Dahil sa malaking malaking masa ng kongkreto o ladrilyo, kung ihahambing sa ecowool, pinapayagan nito ang pag-iipon ng malaking halaga ng init sa mga pader ng bato ng mga istraktura at pinapakinis ang lahat ng pang-araw-araw na pagbabagu-bago ng temperatura. Ang isang maliit na masa ng pagkakabukod lamang sa lahat ng mga frame house, sa kabila ng mahusay na kapasidad ng init, ay ang pinakamahina na lugar para sa lahat ng mga teknolohiya ng frame. Upang malutas ang problemang ito, ang mga kahanga-hangang nagtitipon ng init ay naka-install sa lahat ng mga bahay. Ano ito? Ang mga ito ay mga bahagi ng istruktura na nailalarawan sa pamamagitan ng isang malaking masa na may medyo mahusay na index ng kapasidad ng init.

Mga halimbawa ng heat accumulators sa buhay

Kung ano ang maaaring ito ay? Halimbawa, ang ilang mga panloob na pader ng ladrilyo, isang malaking kalan o tsiminea, mga kongkretong screed.

Ang muwebles sa anumang bahay o apartment ay isang mahusay na nagtitipon ng init, dahil ang playwud, chipboard at kahoy ay maaaring aktwal na mag-imbak ng init lamang bawat kilo ng timbang nang tatlong beses na higit pa kaysa sa kilalang ladrilyo.

Mayroon bang anumang mga kakulangan sa thermal storage? Siyempre, ang pangunahing kawalan ng diskarte na ito ay ang heat accumulator ay kailangang idisenyo sa yugto ng paglikha ng layout ng frame house. Ito ay dahil sa ang katunayan na ito ay napakabigat, at ito ay kailangang isaalang-alang kapag lumilikha ng pundasyon, at pagkatapos ay isipin kung paano isasama ang bagay na ito sa interior. Ito ay nagkakahalaga na sabihin na ito ay kinakailangan upang isaalang-alang hindi lamang ang masa, ito ay kinakailangan upang suriin ang parehong mga katangian sa trabaho: masa at init kapasidad. Halimbawa, kung gagamit ka ng ginto na may hindi kapani-paniwalang bigat na dalawampung tonelada bawat metro kubiko bilang isang imbakan ng init, kung gayon ang produkto ay gagana dahil ito ay dapat lamang dalawampu't tatlong porsyento na mas mahusay kaysa sa isang kongkretong kubo, na tumitimbang ng dalawa at kalahating tonelada.

Aling sangkap ang pinakaangkop para sa isang imbakan ng init?

Ang pinakamahusay na produkto para sa isang heat accumulator ay hindi kongkreto at brick sa lahat! Ang tanso, tanso at bakal ay mahusay na gumagana nito, ngunit napakabigat ng mga ito. Kakatwa, ngunit ang pinakamahusay na nagtitipon ng init ay tubig! Ang likido ay may kahanga-hangang kapasidad ng init, ang pinakamalaki sa mga sangkap na magagamit sa amin. Tanging ang mga helium gas (5190 J / (kg K) at hydrogen (14300 J / (kg K)) lamang ang may higit na kapasidad ng init, ngunit may problema silang ilapat sa pagsasanay. Kung nais mo at kailangan, tingnan ang talahanayan ng kapasidad ng init ng mga sangkap kailangan mo.

Ipakilala natin ngayon ang isang napakahalagang katangian ng thermodynamic na tinatawag kapasidad ng init mga sistema(tradisyonal na tinutukoy ng titik Sa na may iba't ibang mga indeks).

Kapasidad ng init - halaga pandagdag, depende ito sa dami ng substance sa system. Samakatuwid, ipinakilala din namin tiyak na init

Tiyak na init ay ang kapasidad ng init bawat yunit ng masa ng isang sangkap

at kapasidad ng init ng molar

Kapasidad ng init ng molar ay ang kapasidad ng init ng isang mole ng isang substance

Dahil ang dami ng init ay hindi isang function ng estado at depende sa proseso, ang kapasidad ng init ay magdedepende rin sa paraan kung paano ibinibigay ang init sa system. Upang maunawaan ito, alalahanin natin ang unang batas ng thermodynamics. Paghahati sa pagkakapantay-pantay ( 2.4) bawat elementarya na pagtaas ng ganap na temperatura dT, nakuha namin ang relasyon

Ang pangalawang termino, tulad ng nakita natin, ay nakasalalay sa uri ng proseso. Pansinin namin na sa pangkalahatang kaso ng isang nonideal system, ang interaksyon ng kaninong mga particle (mga molekula, atomo, ion, atbp.) ay hindi maaaring pabayaan (tingnan, halimbawa, § 2.5 sa ibaba, kung saan ang van der Waals gas ay isinasaalang-alang) , ang panloob na enerhiya ay nakasalalay hindi lamang sa temperatura, kundi pati na rin sa dami ng system. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan ay nakasalalay sa distansya sa pagitan ng mga nakikipag-ugnayan na mga particle. Kapag ang dami ng system ay nagbabago, ang konsentrasyon ng mga particle ay nagbabago, ayon sa pagkakabanggit, ang average na distansya sa pagitan ng mga ito ay nagbabago at, bilang isang resulta, ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan at ang buong panloob na enerhiya ng system ay nagbabago. Sa madaling salita, sa pangkalahatang kaso ng isang hindi ideal na sistema

Samakatuwid, sa pangkalahatang kaso, ang unang termino ay hindi maaaring isulat bilang kabuuang derivative, ang kabuuang derivative ay dapat mapalitan ng bahagyang derivative na may karagdagang indikasyon ng pare-parehong halaga kung saan ito kinakalkula. Halimbawa, para sa isang isochoric na proseso:

.

O para sa isang isobaric na proseso

Ang partial derivative na kasama sa expression na ito ay kinakalkula gamit ang equation ng estado ng system, na isinulat bilang . Halimbawa, sa partikular na kaso ng isang perpektong gas

ang derivative na ito ay

.

Isasaalang-alang namin ang dalawang espesyal na kaso na naaayon sa proseso ng supply ng init:

• pare-pareho ang dami;
• patuloy na presyon sa sistema.

Sa unang kaso, trabaho dА = 0 at nakukuha namin ang kapasidad ng init C V perpektong gas sa pare-parehong dami:

Isinasaalang-alang ang reserbasyon na ginawa sa itaas, para sa isang nonideal system relation (2.19) ay dapat na nakasulat sa sumusunod na pangkalahatang anyo

Pinapalitan sa 2.7 sa , at sa , agad naming makukuha:

.

Upang kalkulahin ang kapasidad ng init ng isang perpektong gas Sa p sa patuloy na presyon ( dp=0) isinasaalang-alang namin na mula sa equation ( 2.8) ay sumusunod sa expression para sa elementarya na gawain na may walang katapusang pagbabago sa temperatura

Nakarating kami sa dulo

Hinahati ang equation na ito sa bilang ng mga moles ng isang substance sa system, nakakakuha tayo ng magkatulad na relasyon para sa molar heat capacities sa pare-parehong volume at pressure, na tinatawag na Ang ratio ni Mayer

Para sa sanggunian, nagbibigay kami ng isang pangkalahatang formula - para sa isang arbitrary na sistema - pagkonekta sa isochoric at isobaric na kapasidad ng init:

Ang mga expression (2.20) at (2.21) ay nakuha mula sa formula na ito sa pamamagitan ng pagpapalit dito ng expression para sa panloob na enerhiya ng isang perpektong gas at gamit ang kanyang equation ng estado (tingnan sa itaas):

.

Ang kapasidad ng init ng isang naibigay na masa ng bagay sa pare-pareho ang presyon ay mas malaki kaysa sa kapasidad ng init sa pare-pareho ang dami, dahil ang bahagi ng input ng enerhiya ay ginugol sa paggawa ng trabaho at para sa parehong pag-init, mas maraming init ang kinakailangan. Tandaan na mula sa (2.21) ay sumusunod sa pisikal na kahulugan ng gas constant:

Kaya, ang kapasidad ng init ay lumalabas na nakasalalay hindi lamang sa uri ng sangkap, kundi pati na rin sa mga kondisyon kung saan nangyayari ang proseso ng pagbabago ng temperatura.

Tulad ng nakikita natin, ang isochoric at isobaric na mga kapasidad ng init ng isang perpektong gas ay hindi nakasalalay sa temperatura ng gas; para sa mga tunay na sangkap, ang mga kapasidad ng init na ito, sa pangkalahatan, ay nakasalalay din sa temperatura mismo. T.

Ang isochoric at isobaric na kapasidad ng init ng isang perpektong gas ay maaari ding makuha nang direkta mula sa pangkalahatang kahulugan, kung gagamitin natin ang mga formula na nakuha sa itaas ( 2.7) at (2.10 ) para sa dami ng init na nakuha ng isang perpektong gas sa mga prosesong ito.

Para sa isang isochoric na proseso, ang expression para sa C V sumusunod mula sa ( 2.7):

Para sa isang isobaric na proseso, ang expression para sa C p sumusunod mula sa (2.10):

Para sa mga kapasidad ng init ng molar kaya ang mga sumusunod na expression ay nakuha

Ang ratio ng mga kapasidad ng init ay katumbas ng adiabatic index:

Sa antas ng thermodynamic, imposibleng mahulaan ang numerical na halaga g; nagawa lang namin ito kapag isinasaalang-alang ang mga microscopic na katangian ng system (tingnan ang expression (1.19), pati na rin ang ( 1.28) para sa isang halo ng mga gas). Mula sa mga formula (1.19) at (2.24), ang mga teoretikal na hula ay sumusunod para sa molar heat capacities ng mga gas at ang adiabatic exponent.

Mga monatomic na gas (ako = 3):

Mga diatomic na gas (ako = 5):

Mga polyatomic na gas (ako = 6):

Ang pang-eksperimentong data para sa iba't ibang mga sangkap ay ipinapakita sa Talahanayan 1.

Talahanayan 1

sangkap			g

Makikita na ang simpleng modelo ng mga ideal na gas ay karaniwang naglalarawan ng mga katangian ng mga tunay na gas. Tandaan na ang kasunduan ay nakuha nang hindi isinasaalang-alang ang vibrational degrees ng kalayaan ng mga molekula ng gas.

Ibinigay din namin ang mga halaga ng kapasidad ng init ng molar ng ilang mga metal sa temperatura ng silid. Kung iniisip natin ang kristal na sala-sala ng isang metal bilang isang nakaayos na hanay ng mga solidong bola na konektado ng mga bukal sa mga kalapit na bola, kung gayon ang bawat butil ay maaari lamang mag-oscillate sa tatlong direksyon ( bilang ko = 3), at ang bawat ganoong antas ng kalayaan ay nauugnay sa isang kinetic k V T/2 at ang parehong potensyal na enerhiya. Samakatuwid, ang isang kristal na butil ay may panloob na (oscillatory) na enerhiya k V T. Ang pagpaparami ng numero ng Avogadro, nakukuha natin ang panloob na enerhiya ng isang nunal

saan nanggagaling ang halaga ng molar heat capacity

(Dahil sa maliit na koepisyent ng thermal expansion ng solids, hindi nila nakikilala may p at cv). Ang kaugnayan sa itaas para sa kapasidad ng init ng molar ng mga solid ay tinatawag ang batas ng Dulong at Petit, at ang talahanayan ay nagpapakita ng magandang tugma ng kinakalkula na halaga

may eksperimento.

Sa pagsasalita tungkol sa magandang kasunduan sa pagitan ng mga ratios sa itaas at pang-eksperimentong data, dapat tandaan na ito ay sinusunod lamang sa isang tiyak na hanay ng temperatura. Sa madaling salita, ang kapasidad ng init ng system ay nakasalalay sa temperatura, at ang mga formula (2.24) ay may limitadong saklaw. Isaalang-alang ang unang Fig. 2.10, na nagpapakita ng eksperimentong pag-asa ng kapasidad ng init may TV hydrogen gas mula sa ganap na temperatura T.

kanin. 2.10. Molar heat capacity ng gaseous hydrogen Н2 sa pare-pareho ang volume bilang isang function ng temperatura (pang-eksperimentong data)

Sa ibaba, para sa kaiklian, pinag-uusapan natin ang kawalan ng ilang antas ng kalayaan sa mga molekula sa ilang mga saklaw ng temperatura. Muli, naaalala natin na talagang pinag-uusapan natin ang mga sumusunod. Para sa mga kadahilanang quantum, ang kamag-anak na kontribusyon sa panloob na enerhiya ng gas ng mga indibidwal na uri ng paggalaw ay talagang nakasalalay sa temperatura at sa ilang mga agwat ng temperatura ay maaaring napakaliit na sa eksperimento - palaging gumanap nang may hangganan na katumpakan - hindi ito kapansin-pansin. Ang resulta ng eksperimento ay mukhang walang ganitong mga uri ng paggalaw, at walang katumbas na antas ng kalayaan. Ang bilang at likas na katangian ng mga antas ng kalayaan ay tinutukoy ng istraktura ng molekula at ang tatlong-dimensionalidad ng ating espasyo - hindi sila maaaring umasa sa temperatura.

Ang kontribusyon sa panloob na enerhiya ay depende sa temperatura at maaaring maliit.

Sa mga temperatura sa ibaba 100 K kapasidad ng init

na nagpapahiwatig ng kawalan ng parehong rotational at vibrational degrees ng kalayaan sa molekula. Dagdag pa, sa pagtaas ng temperatura, ang kapasidad ng init ay mabilis na tumataas sa klasikal na halaga

katangian ng isang diatomic molecule na may matibay na bono, kung saan walang vibrational degrees ng kalayaan. Sa mga temperatura sa itaas 2000 K ang kapasidad ng init ay nakatuklas ng bagong pagtalon sa halaga

Ang resultang ito ay nagpapahiwatig din ng hitsura ng vibrational degrees ng kalayaan. Ngunit ang lahat ng ito ay mukhang hindi pa rin maipaliwanag. Bakit hindi maaaring umikot ang isang molekula sa mababang temperatura? At bakit ang mga vibrations sa isang molekula ay nangyayari lamang sa napakataas na temperatura? Sa nakaraang kabanata, ibinigay ang isang maikling talakayan ng husay sa dami ng mga dahilan para sa pag-uugaling ito. At ngayon ay maaari lamang nating ulitin na ang buong bagay ay bumaba sa partikular na quantum phenomena na hindi maipaliwanag mula sa pananaw ng klasikal na pisika. Ang mga phenomena na ito ay tinalakay nang detalyado sa mga susunod na seksyon ng kurso.

karagdagang impormasyon

http://www.plib.ru/library/book/14222.html - Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics, Science, 1977 - p. 236 - talaan ng katangiang "turn-on" na temperatura ng vibrational at rotational degrees ng kalayaan ng mga molecule para sa ilang partikular na gas;

Bumaling tayo ngayon sa fig. 2.11, na kumakatawan sa pag-asa ng mga kapasidad ng init ng molar ng tatlong elemento ng kemikal (mga kristal) sa temperatura. Sa mataas na temperatura, lahat ng tatlong kurba ay may posibilidad na magkapareho ang halaga

naaayon sa batas ng Dulong at Petit. Ang tingga (Pb) at bakal (Fe) ay halos may ganitong limitasyon sa kapasidad ng init na nasa temperatura ng silid.

kanin. 2.11. Ang pag-asa ng kapasidad ng init ng molar para sa tatlong elemento ng kemikal - mga kristal ng lead, iron at carbon (diamond) - sa temperatura

Para sa brilyante (C), ang temperaturang ito ay hindi pa sapat na mataas. At sa mababang temperatura, lahat ng tatlong kurba ay nagpapakita ng makabuluhang paglihis mula sa batas ng Dulong at Petit. Ito ay isa pang pagpapakita ng quantum properties ng matter. Ang klasikal na pisika ay lumalabas na walang kapangyarihan upang ipaliwanag ang maraming regularidad na sinusunod sa mababang temperatura.

karagdagang impormasyon

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/physics/thermodynamics.htm - J. de Boer Panimula sa molecular physics at thermodynamics, Ed. IL, 1962 - pp. 106–107, bahagi I, § 12 - ang kontribusyon ng mga electron sa kapasidad ng init ng mga metal sa mga temperaturang malapit sa absolute zero;

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. Alam mo ba ang physics? Library "Quantum", isyu 82, Science, 1992. Pahina 132, tanong 137: aling mga katawan ang may pinakamataas na kapasidad ng init (tingnan ang sagot sa p. 151);

http://ilib.mirror1.mccme.ru/djvu/bib-kvant/kvant_82.htm - Perelman Ya.I. Alam mo ba ang physics? Library "Quantum", isyu 82, Science, 1992. Pahina 132, tanong 135: tungkol sa pagpainit ng tubig sa tatlong estado - solid, likido at singaw (tingnan ang sagot sa p. 151);

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1478.html - pisikal na encyclopedia. Calorimetry. Ang mga pamamaraan para sa pagsukat ng mga kapasidad ng init ay inilarawan.

Ang pagbabago sa panloob na enerhiya sa pamamagitan ng paggawa ng trabaho ay nailalarawan sa dami ng trabaho, i.e. Ang trabaho ay isang sukatan ng pagbabago sa panloob na enerhiya sa isang naibigay na proseso. Ang pagbabago sa panloob na enerhiya ng isang katawan sa panahon ng paglipat ng init ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang dami na tinatawag na dami ng init.

ay ang pagbabago sa panloob na enerhiya ng katawan sa proseso ng paglipat ng init nang hindi gumagawa ng trabaho. Ang dami ng init ay tinutukoy ng titik Q .

Ang trabaho, panloob na enerhiya at ang dami ng init ay sinusukat sa parehong mga yunit - joules ( J), tulad ng anumang iba pang anyo ng enerhiya.

Sa mga thermal measurements, isang espesyal na yunit ng enerhiya, ang calorie ( dumi), katumbas ng ang halaga ng init na kinakailangan upang itaas ang temperatura ng 1 gramo ng tubig ng 1 degree Celsius (mas tiyak, mula 19.5 hanggang 20.5 ° C). Ang yunit na ito, sa partikular, ay kasalukuyang ginagamit sa pagkalkula ng pagkonsumo ng init (thermal energy) sa mga gusali ng apartment. Empirically, ang mekanikal na katumbas ng init ay naitatag - ang ratio sa pagitan ng mga calorie at joules: 1 cal = 4.2 J.

Kapag ang isang katawan ay naglilipat ng isang tiyak na halaga ng init nang hindi gumagawa ng trabaho, ang panloob na enerhiya nito ay tumataas, kung ang isang katawan ay naglalabas ng isang tiyak na dami ng init, ang panloob na enerhiya nito ay bumababa.

Kung ibubuhos mo ang 100 g ng tubig sa dalawang magkatulad na sisidlan, at 400 g sa isa pa sa parehong temperatura at ilagay ang mga ito sa parehong mga burner, kung gayon ang tubig sa unang sisidlan ay kumukulo nang mas maaga. Kaya, mas malaki ang masa ng katawan, mas malaki ang halaga ng init na kailangan nito upang uminit. Ang parehong napupunta para sa paglamig.

Ang dami ng init na kinakailangan para magpainit ng katawan ay depende rin sa uri ng sangkap kung saan ginawa ang katawan na ito. Ang pag-asa na ito ng dami ng init na kinakailangan upang mapainit ang katawan sa uri ng sangkap ay nailalarawan sa pamamagitan ng pisikal na dami na tinatawag na tiyak na kapasidad ng init mga sangkap.

- ito ay isang pisikal na dami na katumbas ng dami ng init na dapat iulat sa 1 kg ng isang sangkap upang mapainit ito ng 1 ° C (o 1 K). Ang parehong dami ng init ay ibinibigay ng 1 kg ng isang sangkap kapag pinalamig ng 1 °C.

Ang tiyak na kapasidad ng init ay tinutukoy ng titik kasama. Ang yunit ng tiyak na kapasidad ng init ay 1 J/kg °C o 1 J/kg °K.

Ang mga halaga ng tiyak na kapasidad ng init ng mga sangkap ay tinutukoy sa eksperimento. Ang mga likido ay may mas mataas na tiyak na kapasidad ng init kaysa sa mga metal; Ang tubig ay may pinakamataas na tiyak na kapasidad ng init, ang ginto ay may napakaliit na tiyak na kapasidad ng init.

Dahil ang halaga ng init ay katumbas ng pagbabago sa panloob na enerhiya ng katawan, maaari nating sabihin na ang tiyak na kapasidad ng init ay nagpapakita kung gaano kalaki ang pagbabago ng panloob na enerhiya. 1 kg sangkap kapag nagbabago ang temperatura nito 1 °C. Sa partikular, ang panloob na enerhiya ng 1 kg ng tingga, kapag pinainit ng 1 °C, ay tumataas ng 140 J, at kapag ito ay pinalamig, ito ay bumababa ng 140 J.

Q kinakailangan upang mapainit ang masa ng katawan m temperatura t 1 °С hanggang sa temperatura t 2 °С, ay katumbas ng produkto ng tiyak na kapasidad ng init ng sangkap, masa ng katawan at ang pagkakaiba sa pagitan ng pangwakas at paunang temperatura, i.e.

Q \u003d c ∙ m (t 2 - t 1)

Ayon sa parehong formula, ang dami ng init na ibinibigay ng katawan kapag pinalamig ay kinakalkula din. Sa kasong ito lamang dapat ibawas ang panghuling temperatura mula sa paunang temperatura, i.e. Ibawas ang mas maliit na temperatura mula sa mas malaking temperatura.

Ito ay isang buod sa paksa. "Ang dami ng init. Tiyak na init". Piliin ang mga susunod na hakbang:

• Pumunta sa susunod na abstract:

Ang tubig ay isa sa mga pinakakahanga-hangang sangkap. Sa kabila ng malawak na pamamahagi at malawakang paggamit nito, ito ay isang tunay na misteryo ng kalikasan. Bilang isa sa mga compound ng oxygen, tila ang tubig ay dapat magkaroon ng napakababang katangian tulad ng pagyeyelo, init ng singaw, atbp. Ngunit hindi ito nangyayari. Ang kapasidad ng init ng tubig lamang, sa kabila ng lahat, ay napakataas.

Ang tubig ay maaaring sumipsip ng isang malaking halaga ng init, habang ang sarili nito ay halos hindi umiinit - ito ang pisikal na katangian nito. ang tubig ay halos limang beses na mas mataas kaysa sa kapasidad ng init ng buhangin, at sampung beses na mas mataas kaysa sa bakal. Samakatuwid, ang tubig ay isang natural na coolant. Ang kakayahang makaipon ng malaking halaga ng enerhiya ay ginagawang posible upang pakinisin ang mga pagbabago sa temperatura sa ibabaw ng Earth at i-regulate ang thermal regime sa buong planeta, at ito ay nangyayari anuman ang oras ng taon.

Ang kakaibang katangian ng tubig na ito ay nagpapahintulot na magamit ito bilang isang coolant sa industriya at sa bahay. Bilang karagdagan, ang tubig ay isang malawak na magagamit at medyo murang hilaw na materyal.

Ano ang ibig sabihin ng kapasidad ng init? Tulad ng nalalaman mula sa kurso ng thermodynamics, ang paglipat ng init ay palaging nangyayari mula sa isang mainit hanggang sa isang malamig na katawan. Sa kasong ito, pinag-uusapan natin ang paglipat ng isang tiyak na halaga ng init, at ang temperatura ng parehong mga katawan, bilang isang katangian ng kanilang estado, ay nagpapakita ng direksyon ng palitan na ito. Sa proseso ng isang metal na katawan na may tubig ng pantay na masa sa parehong paunang temperatura, ang metal ay nagbabago ng temperatura nito nang maraming beses nang higit pa kaysa sa tubig.

Kung kukunin natin bilang isang postulate ang pangunahing pahayag ng thermodynamics - mula sa dalawang katawan (nahihiwalay sa iba), sa panahon ng pagpapalitan ng init, ang isa ay nagbibigay at ang isa ay tumatanggap ng pantay na dami ng init, kung gayon nagiging malinaw na ang metal at tubig ay may ganap na magkakaibang init. mga kapasidad.

Kaya, ang kapasidad ng init ng tubig (pati na rin ang anumang sangkap) ay isang tagapagpahiwatig na nagpapakilala sa kakayahan ng isang naibigay na sangkap na magbigay (o tumanggap) ng ilan sa panahon ng paglamig (pag-init) sa bawat yunit ng temperatura.

Ang tiyak na kapasidad ng init ng isang sangkap ay ang dami ng init na kinakailangan upang magpainit ng isang yunit ng sangkap na ito (1 kilo) ng 1 degree.

Ang dami ng init na inilabas o nasisipsip ng isang katawan ay katumbas ng produkto ng tiyak na kapasidad ng init, masa at pagkakaiba ng temperatura. Ito ay sinusukat sa calories. Ang isang calorie ay eksaktong dami ng init na sapat upang magpainit ng 1 g ng tubig sa pamamagitan ng 1 degree. Para sa paghahambing: ang tiyak na kapasidad ng init ng hangin ay 0.24 cal/g ∙°C, aluminyo ay 0.22, bakal ay 0.11, at mercury ay 0.03.

Ang kapasidad ng init ng tubig ay hindi pare-pareho. Sa pagtaas ng temperatura mula 0 hanggang 40 degrees, bahagyang bumababa ito (mula 1.0074 hanggang 0.9980), habang para sa lahat ng iba pang mga sangkap ang katangiang ito ay tumataas sa panahon ng pag-init. Bilang karagdagan, maaari itong bumaba sa pagtaas ng presyon (sa lalim).

Tulad ng alam mo, ang tubig ay may tatlong estado ng pagsasama-sama - likido, solid (yelo) at gas (singaw). Kasabay nito, ang tiyak na kapasidad ng init ng yelo ay humigit-kumulang 2 beses na mas mababa kaysa sa tubig. Ito ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng tubig at iba pang mga sangkap, ang tiyak na kapasidad ng init na kung saan sa solid at tinunaw na estado ay hindi nagbabago. Ano ang sikreto dito?

Ang katotohanan ay ang yelo ay may mala-kristal na istraktura, na hindi agad bumagsak kapag pinainit. Ang tubig ay naglalaman ng maliliit na particle ng yelo, na binubuo ng ilang molekula at tinatawag na mga kasama. Kapag ang tubig ay pinainit, ang isang bahagi ay ginugugol sa pagkasira ng mga bono ng hydrogen sa mga pormasyon na ito. Ipinapaliwanag nito ang hindi karaniwang mataas na kapasidad ng init ng tubig. Ang mga bono sa pagitan ng mga molekula nito ay ganap na nasisira lamang kapag ang tubig ay pumasa sa singaw.

Ang tiyak na kapasidad ng init sa temperatura na 100°C ay halos hindi naiiba sa yelo sa 0°C. Muli nitong kinukumpirma ang kawastuhan ng paliwanag na ito. Ang kapasidad ng init ng singaw, tulad ng kapasidad ng init ng yelo, ay mas naiintindihan na ngayon kaysa sa tubig, kung saan hindi pa nagkakasundo ang mga siyentipiko.

Ang tiyak na kapasidad ng init ay isang katangian ng isang sangkap. Iyon ay, ito ay naiiba para sa iba't ibang mga sangkap. Bilang karagdagan, ang parehong sangkap, ngunit sa iba't ibang mga estado ng pagsasama-sama, ay may iba't ibang mga tiyak na kapasidad ng init. Kaya, tama na magsalita tungkol sa tiyak na init ng isang sangkap (ang tiyak na init ng tubig, ang tiyak na init ng ginto, ang tiyak na init ng kahoy, atbp.).

Ang tiyak na kapasidad ng init ng isang partikular na sangkap ay nagpapakita kung gaano karaming init (Q) ang dapat ilipat dito upang mapainit ang 1 kilo ng sangkap na ito ng 1 degree Celsius. Ang tiyak na kapasidad ng init ay tinutukoy ng Latin na letrang c. Ibig sabihin, c = Q/mt. Isinasaalang-alang na ang t at m ay katumbas ng isa (1 kg at 1 °C), kung gayon ang tiyak na kapasidad ng init ay ayon sa bilang na katumbas ng dami ng init.

Gayunpaman, ang init at tiyak na init ay may magkakaibang mga yunit. Ang init (Q) sa C system ay sinusukat sa Joules (J). At ang tiyak na kapasidad ng init ay nasa Joules na hinati sa isang kilo na pinarami ng isang degree Celsius: J / (kg ° C).

Kung ang tiyak na kapasidad ng init ng isang sangkap ay, halimbawa, 390 J/(kg °C), nangangahulugan ito na kung ang 1 kg ng sangkap na ito ay pinainit ng 1 °C, ito ay sumisipsip ng 390 J ng init. O, sa madaling salita, upang mapainit ang 1 kg ng sangkap na ito sa pamamagitan ng 1 °C, 390 J ng init ay dapat ilipat dito. O, kung ang 1 kg ng sangkap na ito ay pinalamig ng 1 ° C, pagkatapos ay magbibigay ito ng 390 J ng init.

Kung, gayunpaman, hindi 1, ngunit 2 kg ng isang sangkap ay pinainit ng 1 ° C, pagkatapos ay dalawang beses na mas maraming init ang dapat ilipat dito. Kaya para sa halimbawa sa itaas, ito ay magiging 780 J. Ganun din ang mangyayari kung ang 1 kg ng isang substance ay pinainit ng 2 ° C.

Ang tiyak na kapasidad ng init ng isang sangkap ay hindi nakasalalay sa paunang temperatura nito. Iyon ay, kung, halimbawa, ang likidong tubig ay may tiyak na kapasidad ng init na 4200 J / (kg ° C), kung gayon ang pag-init ng hindi bababa sa dalawampu't-degree o siyamnapung-degree na tubig sa pamamagitan ng 1 ° C ay mangangailangan ng 4200 J ng init bawat 1. kg.

Ngunit ang yelo ay may tiyak na kapasidad ng init na iba sa likidong tubig, halos dalawang beses na mas mababa. Gayunpaman, upang mapainit ito ng 1 °C, ang parehong dami ng init sa bawat 1 kg ay kinakailangan, anuman ang paunang temperatura nito.

Ang tiyak na kapasidad ng init ay hindi rin nakasalalay sa hugis ng katawan, na gawa sa isang partikular na sangkap. Ang isang steel bar at isang steel sheet, na may parehong masa, ay mangangailangan ng parehong dami ng init upang mapainit ang mga ito sa parehong bilang ng mga degree. Ang isa pang bagay ay na sa kasong ito ang pagpapalitan ng init sa kapaligiran ay dapat pabayaan. Ang sheet ay may mas malaking ibabaw kaysa sa bar, na nangangahulugan na ang sheet ay nagbibigay ng mas maraming init, at samakatuwid ito ay lumalamig nang mas mabilis. Ngunit sa ilalim ng perpektong mga kondisyon (kapag ang pagkawala ng init ay maaaring mapabayaan), ang hugis ng katawan ay hindi gumaganap ng isang papel. Samakatuwid, sinasabi nila na ang tiyak na init ay isang katangian ng isang sangkap, ngunit hindi ng isang katawan.

Kaya, ang tiyak na kapasidad ng init ng iba't ibang mga sangkap ay iba. Nangangahulugan ito na kung ang iba't ibang mga sangkap ng parehong masa at may parehong temperatura ay ibinigay, pagkatapos ay upang mapainit ang mga ito sa ibang temperatura, kailangan nilang maglipat ng ibang dami ng init. Halimbawa, ang isang kilo ng tanso ay mangangailangan ng halos 10 beses na mas kaunting init kaysa sa tubig. Iyon ay, ang tiyak na kapasidad ng init ng tanso ay halos 10 beses na mas mababa kaysa sa tubig. Masasabi natin na "mas kaunting init ang inilalagay sa tanso."

Ang dami ng init na dapat ilipat sa katawan upang mapainit ito mula sa isang temperatura patungo sa isa pa ay matatagpuan sa sumusunod na formula:

Q \u003d cm (t hanggang - t n)

Dito ang t sa at t n ay ang pangwakas at paunang temperatura, m ay ang masa ng sangkap, c ay ang tiyak na init nito. Ang partikular na kapasidad ng init ay karaniwang kinukuha mula sa mga talahanayan. Mula sa formula na ito, ang tiyak na kapasidad ng init ay maaaring ipahayag.