Kasama ng mekanikal na enerhiya, anumang katawan (o sistema) ay may panloob na enerhiya. Ang panloob na enerhiya ay enerhiya ng pahinga. Binubuo ito ng thermal chaotic motion ng mga molekula na bumubuo sa katawan, ang potensyal na enerhiya ng kanilang kamag-anak na posisyon, ang kinetic at potensyal na enerhiya ng mga electron sa mga atomo, mga nucleon sa nuclei, at iba pa.

Sa thermodynamics, mahalagang malaman hindi ang ganap na halaga ng panloob na enerhiya, ngunit ang pagbabago nito.

Sa mga prosesong thermodynamic, tanging ang kinetic energy ng mga gumagalaw na molekula ang nagbabago (hindi sapat ang thermal energy upang baguhin ang istruktura ng isang atom, at higit pa sa isang nucleus). Samakatuwid, sa katunayan sa ilalim ng panloob na enerhiya sa thermodynamics ay nangangahulugan ng enerhiya thermal magulong mga paggalaw ng molekular.

Panloob na enerhiya U ang isang mole ng ideal na gas ay katumbas ng:

kaya, Ang panloob na enerhiya ay nakasalalay lamang sa temperatura. Ang panloob na enerhiya U ay isang function ng estado ng system, anuman ang background.

Malinaw na, sa pangkalahatang kaso, ang isang thermodynamic system ay maaaring magkaroon ng parehong panloob at mekanikal na enerhiya, at ang iba't ibang mga sistema ay maaaring makipagpalitan ng mga ganitong uri ng enerhiya.

Palitan mekanikal na enerhiya nailalarawan sa pamamagitan ng perpekto trabaho A, at ang pagpapalitan ng panloob na enerhiya - ang dami ng init na inilipat Q.

Halimbawa, sa taglamig naghagis ka ng mainit na bato sa niyebe. Dahil sa reserba ng potensyal na enerhiya, ang mekanikal na gawain ay ginawa upang durugin ang niyebe, at dahil sa reserba ng panloob na enerhiya, ang niyebe ay natunaw. Kung ang bato ay malamig, i.e. ang temperatura ng bato ay katumbas ng temperatura ng kapaligiran, pagkatapos ay trabaho lamang ang gagawin, ngunit walang palitan ng panloob na enerhiya.

Kaya, ang trabaho at init ay hindi mga espesyal na anyo ng enerhiya. Hindi mo maaaring pag-usapan ang stock ng init o trabaho. Ito ay inilipat ang panukala isa pang sistema ng mekanikal o panloob na enerhiya. Maaari nating pag-usapan ang reserba ng mga enerhiya na ito. Bilang karagdagan, ang mekanikal na enerhiya ay maaaring ma-convert sa thermal energy at vice versa. Halimbawa, kung tinamaan mo ng martilyo ang isang anvil, pagkatapos ng ilang sandali ay mag-iinit ang martilyo at anvil (ito ay isang halimbawa pagwawaldas enerhiya).

Marami pang mga halimbawa ng pagbabago ng isang anyo ng enerhiya sa isa pa.

Ipinapakita ng karanasan na sa lahat ng pagkakataon, ang pagbabago ng mekanikal na enerhiya sa thermal energy at vice versa ay palaging isinasagawa sa mahigpit na katumbas na dami. Ito ang kakanyahan ng unang batas ng thermodynamics, na sumusunod mula sa batas ng konserbasyon ng enerhiya.

Ang dami ng init na ibinibigay sa katawan ay ginagamit upang madagdagan ang panloob na enerhiya at upang magsagawa ng trabaho sa katawan:

,

(4.1.1)

- Iyon na iyon unang batas ng thermodynamics , o batas ng konserbasyon ng enerhiya sa thermodynamics.

Panuntunan ng lagda: kung ang init ay inililipat mula sa kapaligiran ang sistemang ito, at kung ang sistema ay gumaganap ng trabaho sa mga nakapalibot na katawan, habang . Dahil sa tuntunin ng tanda, ang unang batas ng thermodynamics ay maaaring isulat bilang:

Sa ekspresyong ito U ay ang function ng estado ng system; d U ay ang kabuuang pagkakaiba nito, at δ Q at δ PERO hindi sila. Sa bawat estado, ang sistema ay may isang tiyak at tanging halaga ng panloob na enerhiya, kaya maaari naming isulat:

,

Mahalagang tandaan na ang init Q at trabaho PERO depende sa kung paano ginawa ang paglipat mula sa estado 1 hanggang sa estado 2 (isochoric, adiabatic, atbp.), at ang panloob na enerhiya U hindi nakadepende. Kasabay nito, hindi masasabi na ang sistema ay may halaga ng init at trabaho na tinutukoy para sa isang naibigay na estado.

Mula sa formula (4.1.2) sumusunod na ang dami ng init ay ipinahayag sa parehong mga yunit bilang trabaho at enerhiya, i.e. sa joules (J).

Ang partikular na kahalagahan sa thermodynamics ay mga pabilog o paikot na mga proseso kung saan ang sistema, pagkatapos na dumaan sa isang serye ng mga estado, ay bumalik sa orihinal nitong estado. Ipinapakita ng Figure 4.1 ang isang paikot na proseso 1– a–2–b–1, habang ang gawain A ay tapos na.

kanin. 4.1

Bilang U ay ang function ng estado, kung gayon

(4.1.3)

Ito ay totoo para sa anumang function ng estado.

Kung pagkatapos ay ayon sa unang batas ng thermodynamics, i.e. imposibleng bumuo ng isang pana-panahong nagpapatakbo ng makina na gagawa ng higit na trabaho kaysa sa dami ng enerhiya na ibinibigay dito mula sa labas. Sa madaling salita, imposible ang isang walang hanggang motion machine ng unang uri. Ito ay isa sa mga pormulasyon ng unang batas ng thermodynamics.

Dapat pansinin na ang unang batas ng thermodynamics ay hindi nagpapahiwatig kung aling direksyon ang mga proseso ng pagbabago ng estado, na isa sa mga pagkukulang nito.

« Physics - Grade 10"

Sa anong mga proseso nangyayari ang pinagsama-samang pagbabago ng bagay?
Paano mababago ang estado ng bagay?

Maaari mong baguhin ang panloob na enerhiya ng anumang katawan sa pamamagitan ng paggawa, pag-init o, sa kabaligtaran, paglamig nito.
Kaya, kapag nagpapanday ng isang metal, ang trabaho ay tapos na at ito ay pinainit, habang sa parehong oras ang metal ay maaaring pinainit sa isang nasusunog na apoy.

Gayundin, kung ang piston ay naayos (Larawan 13.5), kung gayon ang dami ng gas ay hindi nagbabago kapag pinainit at walang gawaing ginagawa. Ngunit ang temperatura ng gas, at samakatuwid ang panloob na enerhiya nito, ay tumataas.

Ang panloob na enerhiya ay maaaring tumaas at bumaba, kaya ang dami ng init ay maaaring maging positibo o negatibo.

Ang proseso ng paglilipat ng enerhiya mula sa isang katawan patungo sa isa pa nang hindi gumagawa ng trabaho ay tinatawag pagpapalitan ng init.

Tinatawag ang quantitative measure ng pagbabago sa panloob na enerhiya sa panahon ng paglipat ng init dami ng init.

Molekular na larawan ng paglipat ng init.

Sa panahon ng pagpapalitan ng init sa hangganan sa pagitan ng mga katawan, ang dahan-dahang gumagalaw na mga molekula ng isang malamig na katawan ay nakikipag-ugnayan sa mabilis na gumagalaw na mga molekula ng isang mainit na katawan. Bilang resulta, ang mga kinetic energies ng mga molekula ay equalized at ang mga bilis ng mga molekula ng isang malamig na katawan ay tumataas, habang ang mga sa isang mainit na katawan ay bumababa.

Sa panahon ng pagpapalitan ng init, walang pagbabago ng enerhiya mula sa isang anyo patungo sa isa pa, ang bahagi ng panloob na enerhiya ng isang mas mainit na katawan ay inililipat sa isang hindi gaanong pinainit na katawan.

Ang dami ng init at kapasidad ng init.

Alam mo na na upang mapainit ang isang katawan na may mass m mula sa temperatura t 1 hanggang sa temperatura t 2, kinakailangang ilipat dito ang dami ng init:

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cm Δt. (13.5)

Kapag lumamig ang katawan, ang huling temperatura nito t 2 ay lumalabas na mas mababa sa paunang temperatura t 1 at ang dami ng init na ibinibigay ng katawan ay negatibo.

Ang coefficient c sa formula (13.5) ay tinatawag tiyak na kapasidad ng init mga sangkap.

Tiyak na init- ito ay isang halaga ayon sa numerong katumbas ng dami ng init na natatanggap o ibinibigay ng isang substance na may mass na 1 kg kapag nagbago ang temperatura nito ng 1 K.

Ang tiyak na kapasidad ng init ng mga gas ay nakasalalay sa proseso kung saan inililipat ang init. Kung magpapainit ka ng gas sa pare-parehong presyon, lalawak ito at gagana. Upang magpainit ng gas ng 1 °C sa pare-parehong presyon, kailangan nitong maglipat ng mas maraming init kaysa sa painitin ito sa pare-parehong volume, kapag ang gas ay magpapainit lamang.

Ang mga likido at solid ay bahagyang lumalawak kapag pinainit. Ang kanilang mga tiyak na kapasidad ng init sa pare-pareho ang dami at pare-pareho ang presyon ay naiiba nang kaunti.

Tiyak na init ng singaw.

Upang i-convert ang isang likido sa singaw sa panahon ng proseso ng kumukulo, kinakailangan upang ilipat ang isang tiyak na halaga ng init dito. Ang temperatura ng isang likido ay hindi nagbabago kapag kumukulo ito. Ang pagbabagong-anyo ng likido sa singaw sa isang pare-parehong temperatura ay hindi humantong sa isang pagtaas sa kinetic energy ng mga molekula, ngunit sinamahan ng isang pagtaas sa potensyal na enerhiya ng kanilang pakikipag-ugnayan. Pagkatapos ng lahat, ang average na distansya sa pagitan ng mga molekula ng gas ay mas malaki kaysa sa pagitan ng mga likidong molekula.

Ang halaga na katumbas ng numero sa dami ng init na kinakailangan upang ma-convert ang isang 1 kg na likido sa singaw sa isang pare-parehong temperatura ay tinatawag tiyak na init ng singaw.

Ang proseso ng pagsingaw ng likido ay nangyayari sa anumang temperatura, habang ang pinakamabilis na molekula ay umaalis sa likido, at ito ay lumalamig sa panahon ng pagsingaw. Ang tiyak na init ng singaw ay katumbas ng tiyak na init ng singaw.

Ang halagang ito ay tinutukoy ng letrang r at ipinahayag sa joules bawat kilo (J / kg).

Ang tiyak na init ng singaw ng tubig ay napakataas: r H20 = 2.256 10 6 J/kg sa temperatura na 100 °C. Sa iba pang mga likido, tulad ng alkohol, eter, mercury, kerosene, ang tiyak na init ng singaw ay 3-10 beses na mas mababa kaysa sa tubig.

Upang gawing singaw ang isang likido na may mass m, kinakailangan ang halaga ng init na katumbas ng:

Q p \u003d rm. (13.6)

Kapag ang singaw ay namumuo, ang parehong dami ng init ay inilabas:

Q k \u003d -rm. (13.7)

Tiyak na init ng pagsasanib.

Kapag ang isang mala-kristal na katawan ay natutunaw, ang lahat ng init na ibinibigay dito ay napupunta upang mapataas ang potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng mga molekula. Ang kinetic energy ng mga molekula ay hindi nagbabago, dahil ang pagkatunaw ay nangyayari sa isang pare-parehong temperatura.

Ang halaga na katumbas ng numero sa dami ng init na kinakailangan upang baguhin ang isang mala-kristal na sangkap na tumitimbang ng 1 kg sa isang punto ng pagkatunaw sa isang likido ay tinatawag tiyak na init ng pagsasanib at ipinapahiwatig ng titik λ.

Sa panahon ng pagkikristal ng isang sangkap na may mass na 1 kg, eksaktong kaparehong dami ng init na inilalabas bilang nasisipsip sa panahon ng pagkatunaw.

Ang tiyak na init ng pagkatunaw ng yelo ay medyo mataas: 3.34 10 5 J/kg.

"Kung ang yelo ay walang mataas na init ng pagsasanib, kung gayon sa tagsibol ang buong masa ng yelo ay kailangang matunaw sa loob ng ilang minuto o segundo, dahil ang init ay patuloy na inililipat sa yelo mula sa hangin. Ang mga kahihinatnan nito ay magiging kakila-kilabot; sapagkat kahit sa ilalim ng kasalukuyang sitwasyon ay nagmumula ang malalaking baha at malalaking agos ng tubig mula sa pagkatunaw ng malalaking masa ng yelo o niyebe.” R. Black, ika-18 siglo

Upang matunaw ang isang mala-kristal na katawan ng mass m, isang halaga ng init ay kinakailangan katumbas ng:

Qpl \u003d λm. (13.8)

Ang dami ng init na inilabas sa panahon ng crystallization ng katawan ay katumbas ng:

Q cr = -λm (13.9)

Equation ng balanse ng init.

Isaalang-alang ang pagpapalitan ng init sa loob ng isang sistema na binubuo ng ilang katawan na sa simula ay may magkakaibang temperatura, halimbawa, pagpapalitan ng init sa pagitan ng tubig sa isang sisidlan at isang mainit na bolang bakal na ibinaba sa tubig. Ayon sa batas ng konserbasyon ng enerhiya, ang dami ng init na ibinibigay ng isang katawan ay ayon sa bilang na katumbas ng dami ng init na natanggap ng isa pa.

Ang ibinigay na halaga ng init ay itinuturing na negatibo, ang natanggap na halaga ng init ay itinuturing na positibo. Samakatuwid, ang kabuuang halaga ng init Q1 + Q2 = 0.

Kung ang pagpapalitan ng init ay nangyayari sa pagitan ng ilang mga katawan sa isang nakahiwalay na sistema, kung gayon

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

Ang equation (13.10) ay tinatawag equation ng balanse ng init.

Dito Q 1 Q 2 , Q 3 - ang dami ng init na natanggap o binigay ng mga katawan. Ang mga dami ng init na ito ay ipinahayag sa pamamagitan ng formula (13.5) o mga formula (13.6) - (13.9), kung ang iba't ibang mga pagbabagong bahagi ng sangkap ay nangyayari sa proseso ng paglipat ng init (pagtunaw, pagkikristal, singaw, paghalay).

Ang panloob na enerhiya ng isang thermodynamic system ay maaaring baguhin sa dalawang paraan:

1. paggawa ng trabaho sa system
2. sa pamamagitan ng thermal interaction.

Ang paglipat ng init sa isang katawan ay hindi konektado sa pagganap ng macroscopic na gawain sa katawan. Sa kasong ito, ang pagbabago sa panloob na enerhiya ay sanhi ng katotohanan na ang mga indibidwal na molekula ng katawan na may mas mataas na temperatura ay gumagana sa ilang mga molekula ng katawan, na may mas mababang temperatura. Sa kasong ito, ang thermal interaction ay natanto dahil sa thermal conduction. Ang paglipat ng enerhiya ay posible rin sa tulong ng radiation. Ang sistema ng mga prosesong mikroskopiko (na nauukol hindi sa buong katawan, ngunit sa mga indibidwal na molekula) ay tinatawag na paglipat ng init. Ang dami ng enerhiya na inililipat mula sa isang katawan patungo sa isa pa bilang resulta ng paglipat ng init ay tinutukoy ng dami ng init na inililipat mula sa isang katawan patungo sa isa pa.

Kahulugan

init tinatawag na enerhiya na natatanggap (o ibinibigay) ng katawan sa proseso ng pagpapalitan ng init sa mga nakapalibot na katawan (kapaligiran). Ang init ay tinutukoy, kadalasan sa pamamagitan ng titik Q.

Ito ay isa sa mga pangunahing dami sa thermodynamics. Ang init ay kasama sa mga mathematical expression ng una at pangalawang batas ng thermodynamics. Ang init ay sinasabing enerhiya sa anyo ng molecular motion.

Ang init ay maaaring maiparating sa sistema (katawan), o maaari itong kunin mula rito. Ito ay pinaniniwalaan na kung ang init ay ibinibigay sa sistema, kung gayon ito ay positibo.

Ang formula para sa pagkalkula ng init na may pagbabago sa temperatura

Ang elementarya na dami ng init ay tinutukoy bilang . Tandaan na ang elemento ng init na natatanggap ng system (nagbibigay) na may maliit na pagbabago sa estado nito ay hindi isang kabuuang pagkakaiba. Ang dahilan nito ay ang init ay isang function ng proseso ng pagbabago ng estado ng system.

Ang elementarya na dami ng init na iniulat sa system, at ang temperatura ay nagbabago mula T hanggang T + dT, ay:

kung saan ang C ay ang kapasidad ng init ng katawan. Kung ang katawan na isinasaalang-alang ay homogenous, ang formula (1) para sa dami ng init ay maaaring katawanin bilang:

kung saan ang tiyak na init ng katawan, ang m ay ang masa ng katawan, ay ang kapasidad ng init ng molar, ay ang molar mass ng sangkap, ay ang bilang ng mga moles ng sangkap.

Kung ang katawan ay homogenous, at ang kapasidad ng init ay itinuturing na independyente sa temperatura, kung gayon ang dami ng init () na natatanggap ng katawan kapag ang temperatura nito ay tumaas ng isang halaga ay maaaring kalkulahin bilang:

kung saan t 2 , t 1 temperatura ng katawan bago at pagkatapos ng pag-init. Pakitandaan na kapag nahanap ang pagkakaiba () sa mga kalkulasyon, ang mga temperatura ay maaaring palitan pareho sa degrees Celsius at sa kelvins.

Ang formula para sa dami ng init sa panahon ng mga phase transition

Ang paglipat mula sa isang yugto ng isang sangkap patungo sa isa pa ay sinamahan ng pagsipsip o pagpapalabas ng isang tiyak na halaga ng init, na tinatawag na init ng paglipat ng bahagi.

Kaya, upang ilipat ang isang elemento ng bagay mula sa isang solidong estado patungo sa isang likido, dapat itong ipaalam sa dami ng init () na katumbas ng:

kung saan ang tiyak na init ng pagsasanib, ang dm ay ang elemento ng mass ng katawan. Sa kasong ito, dapat itong isaalang-alang na ang katawan ay dapat magkaroon ng temperatura na katumbas ng punto ng pagkatunaw ng sangkap na pinag-uusapan. Sa panahon ng pagkikristal, ang init ay inilabas na katumbas ng (4).

Ang halaga ng init (init ng singaw) na kinakailangan upang mapalitan ang likido sa singaw ay makikita bilang:

kung saan ang r ay ang tiyak na init ng singaw. Kapag ang singaw ay namumuo, ang init ay inilalabas. Ang init ng evaporation ay katumbas ng init ng condensation ng pantay na masa ng matter.

Mga yunit para sa pagsukat ng dami ng init

Ang pangunahing yunit para sa pagsukat ng dami ng init sa sistema ng SI ay: [Q]=J

Isang off-system unit ng init na kadalasang makikita sa mga teknikal na kalkulasyon. [Q]=cal (calorie). 1 cal = 4.1868 J.

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

Halimbawa

Mag-ehersisyo. Anong mga volume ng tubig ang dapat ihalo upang makakuha ng 200 litro ng tubig sa temperatura na t=40C, kung ang temperatura ng isang masa ng tubig ay t 1 =10C, ang pangalawang masa ng tubig ay t 2 =60C?

Desisyon. Isinulat namin ang equation ng balanse ng init sa anyo:

kung saan Q=cmt - ang dami ng init na inihanda pagkatapos ng paghahalo ng tubig; Q 1 \u003d cm 1 t 1 - ang dami ng init ng isang bahagi ng tubig na may temperatura t 1 at mass m 1; Q 2 \u003d cm 2 t 2 - ang halaga ng init ng isang bahagi ng tubig na may temperatura t 2 at mass m 2.

Ang equation (1.1) ay nagpapahiwatig ng:

Kapag pinagsama ang malamig (V 1) at mainit (V 2) na bahagi ng tubig sa isang volume (V), maaari nating tanggapin na:

Kaya, nakakakuha kami ng isang sistema ng mga equation:

Ang paglutas nito, nakukuha natin:

Ang pokus ng aming artikulo ay ang dami ng init. Isasaalang-alang namin ang konsepto ng panloob na enerhiya, na binago kapag nagbago ang halaga na ito. Magpapakita rin kami ng ilang halimbawa ng aplikasyon ng mga kalkulasyon sa aktibidad ng tao.

Init

Sa anumang salita ng katutubong wika, ang bawat tao ay may kanya-kanyang asosasyon. Ang mga ito ay tinutukoy ng personal na karanasan at hindi makatwiran na damdamin. Ano ang karaniwang kinakatawan ng salitang "init"? Isang malambot na kumot, isang gumaganang central heating na baterya sa taglamig, ang unang sikat ng araw sa tagsibol, isang pusa. O hitsura ng isang ina, isang nakakaaliw na salita mula sa isang kaibigan, napapanahong atensyon.

Ang ibig sabihin ng mga physicist dito ay isang napaka-espesipikong termino. At napakahalaga, lalo na sa ilang mga seksyon ng masalimuot ngunit kaakit-akit na agham na ito.

Thermodynamics

Ito ay hindi nagkakahalaga ng pagsasaalang-alang sa dami ng init sa paghihiwalay mula sa pinakasimpleng mga proseso kung saan ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay batay - walang magiging malinaw. Samakatuwid, upang magsimula, paalalahanan namin ang aming mga mambabasa.

Itinuturing ng Thermodynamics ang anumang bagay o bagay bilang kumbinasyon ng napakalaking bilang ng mga elementong bahagi - mga atomo, ion, molekula. Inilalarawan ng mga equation nito ang anumang pagbabago sa kolektibong estado ng system sa kabuuan at bilang bahagi ng kabuuan kapag binabago ang mga macro parameter. Ang huli ay nauunawaan bilang temperatura (na tinukoy bilang T), presyon (P), konsentrasyon ng mga bahagi (karaniwang C).

Panloob na enerhiya

Ang panloob na enerhiya ay isang medyo kumplikadong termino, ang kahulugan nito ay dapat na maunawaan bago pag-usapan ang dami ng init. Tinutukoy nito ang enerhiya na nagbabago sa pagtaas o pagbaba sa halaga ng mga macro parameter ng object at hindi nakadepende sa reference system. Ito ay bahagi ng kabuuang enerhiya. Ito ay kasabay nito sa ilalim ng mga kondisyon kapag ang sentro ng masa ng bagay na pinag-aaralan ay nasa pahinga (iyon ay, walang kinetic component).

Kapag naramdaman ng isang tao na ang ilang bagay (sabihin, isang bisikleta) ay uminit o lumamig, ito ay nagpapakita na ang lahat ng mga molekula at atomo na bumubuo sa sistemang ito ay nakaranas ng pagbabago sa panloob na enerhiya. Gayunpaman, ang patuloy na temperatura ay hindi nangangahulugan ng pagpapanatili ng tagapagpahiwatig na ito.

Trabaho at init

Ang panloob na enerhiya ng anumang thermodynamic system ay maaaring mabago sa dalawang paraan:

• sa pamamagitan ng paggawa nito;
• sa panahon ng pagpapalitan ng init sa kapaligiran.

Ang formula para sa prosesong ito ay ganito ang hitsura:

dU=Q-A, kung saan ang U ay panloob na enerhiya, Q ay init, A ay trabaho.

Huwag malinlang ang mambabasa sa pagiging simple ng pagpapahayag. Ang permutation ay nagpapakita na ang Q=dU+A, ngunit ang pagpapakilala ng entropy (S) ay nagdadala ng formula sa form na dQ=dSxT.

Dahil sa kasong ito ang equation ay nasa anyo ng isang differential equation, ang unang expression ay nangangailangan ng pareho. Dagdag pa, depende sa mga puwersang kumikilos sa bagay na pinag-aaralan at ang parameter na kinakalkula, ang kinakailangang ratio ay nakuha.

Kunin natin ang isang metal na bola bilang isang halimbawa ng isang thermodynamic system. Kung pipilitin mo ito, ihagis ito, ihulog ito sa isang malalim na balon, kung gayon nangangahulugan ito ng paggawa nito. Sa panlabas, ang lahat ng hindi nakakapinsalang pagkilos na ito ay hindi magdudulot ng anumang pinsala sa bola, ngunit ang panloob na enerhiya nito ay magbabago, kahit na bahagyang.

Ang pangalawang paraan ay ang paglipat ng init. Ngayon ay dumating kami sa pangunahing layunin ng artikulong ito: isang paglalarawan kung ano ang dami ng init. Ito ay isang pagbabago sa panloob na enerhiya ng isang thermodynamic system na nangyayari sa panahon ng paglipat ng init (tingnan ang formula sa itaas). Ito ay sinusukat sa joules o calories. Malinaw, kung ang bola ay hawak sa isang lighter, sa araw, o simpleng sa isang mainit na kamay, ito ay umiinit. At pagkatapos, sa pamamagitan ng pagbabago ng temperatura, mahahanap mo ang dami ng init na ipinaalam sa kanya sa parehong oras.

Bakit ang gas ang pinakamahusay na halimbawa ng pagbabago sa panloob na enerhiya, at kung bakit hindi gusto ng mga mag-aaral ang pisika dahil dito

Sa itaas, inilarawan namin ang mga pagbabago sa mga thermodynamic na parameter ng isang metal na bola. Ang mga ito ay hindi masyadong kapansin-pansin nang walang mga espesyal na aparato, at ang mambabasa ay naiwan upang kumuha ng isang salita tungkol sa mga prosesong nagaganap sa bagay. Ang isa pang bagay ay kung ang sistema ay gas. Pindutin ito - ito ay makikita, painitin ito - ang presyon ay tataas, ibababa ito sa ilalim ng lupa - at ito ay madaling maayos. Samakatuwid, sa mga aklat-aralin, ito ay gas na kadalasang kinukuha bilang isang visual thermodynamic system.

Ngunit, sayang, hindi gaanong pansin ang binabayaran sa mga tunay na eksperimento sa modernong edukasyon. Ang isang siyentipiko na nagsusulat ng isang methodological manual ay lubos na nauunawaan kung ano ang nakataya. Tila sa kanya na, gamit ang halimbawa ng mga molekula ng gas, ang lahat ng mga parameter ng thermodynamic ay sapat na maipapakita. Ngunit para sa isang mag-aaral na kakadiskubre pa lamang ng mundong ito, nakakatamad na marinig ang tungkol sa isang perpektong prasko na may teoretikal na piston. Kung ang paaralan ay may tunay na mga laboratoryo sa pagsasaliksik at nakatalagang oras para magtrabaho sa kanila, lahat ay magiging iba. Sa ngayon, sa kasamaang palad, ang mga eksperimento ay nasa papel lamang. At, malamang, ito mismo ang dahilan kung bakit itinuturing ng mga tao ang sangay ng pisika na ito bilang isang bagay na puro teoretikal, malayo sa buhay at hindi kailangan.

Samakatuwid, nagpasya kaming bigyan ang bisikleta na nabanggit sa itaas bilang isang halimbawa. Ang isang tao ay pumipindot sa mga pedal - gumagana sa kanila. Bilang karagdagan sa pakikipag-ugnayan ng metalikang kuwintas sa buong mekanismo (dahil sa kung saan ang bisikleta ay gumagalaw sa espasyo), ang panloob na enerhiya ng mga materyales na kung saan ang mga lever ay ginawa ng mga pagbabago. Itinutulak ng siklista ang mga hawakan upang lumiko, at muli ang gawain.

Ang panloob na enerhiya ng panlabas na patong (plastik o metal) ay nadagdagan. Ang isang tao ay pumunta sa isang clearing sa ilalim ng maliwanag na araw - ang bike ay uminit, ang dami ng init nito ay nagbabago. Huminto upang magpahinga sa lilim ng isang lumang puno ng oak at ang sistema ay lumalamig, na nagsasayang ng mga calorie o joules. Nagpapataas ng bilis - pinatataas ang pagpapalitan ng enerhiya. Gayunpaman, ang pagkalkula ng dami ng init sa lahat ng mga kasong ito ay magpapakita ng napakaliit, hindi mahahalata na halaga. Samakatuwid, tila walang mga pagpapakita ng thermodynamic physics sa totoong buhay.

Application ng mga kalkulasyon para sa mga pagbabago sa dami ng init

Malamang, sasabihin ng mambabasa na ang lahat ng ito ay napaka-kaalaman, ngunit bakit tayo labis na pinahihirapan sa paaralan gamit ang mga formula na ito. At ngayon ay magbibigay kami ng mga halimbawa kung aling mga lugar ng aktibidad ng tao ang direktang kailangan nila at kung paano ito naaangkop sa sinuman sa kanyang pang-araw-araw na buhay.

Upang magsimula, tumingin sa paligid mo at bilangin: gaano karaming mga metal na bagay ang nakapaligid sa iyo? Malamang higit sa sampu. Ngunit bago maging isang paper clip, kariton, singsing o flash drive, anumang metal ay natunaw. Ang bawat planta na nagpoproseso, sabihin nating, ang iron ore ay dapat na maunawaan kung gaano karaming gasolina ang kinakailangan upang ma-optimize ang mga gastos. At kapag kinakalkula ito, kinakailangang malaman ang kapasidad ng init ng mga hilaw na materyales na naglalaman ng metal at ang dami ng init na dapat ibigay dito upang maganap ang lahat ng teknolohikal na proseso. Dahil ang enerhiya na inilabas ng isang yunit ng gasolina ay kinakalkula sa joules o calories, ang mga formula ay direktang kailangan.

O isa pang halimbawa: karamihan sa mga supermarket ay may departamento na may mga frozen na kalakal - isda, karne, prutas. Kung ang mga hilaw na materyales mula sa karne ng hayop o pagkaing-dagat ay ginawang isang semi-tapos na produkto, dapat nilang malaman kung gaano karaming kuryente ang gagamitin ng mga yunit ng pagpapalamig at pagyeyelo sa bawat tonelada o yunit ng tapos na produkto. Upang gawin ito, dapat mong kalkulahin kung gaano kainit ang nawawala sa isang kilo ng mga strawberry o pusit kapag pinalamig ng isang degree Celsius. At sa huli, ipapakita nito kung gaano karaming kuryente ang gagastusin ng isang freezer ng isang tiyak na kapasidad.

Mga eroplano, barko, tren

Sa itaas, nagpakita kami ng mga halimbawa ng medyo hindi kumikibo, static na mga bagay na alam o, sa kabaligtaran, ang isang tiyak na halaga ng init ay inalis mula sa kanila. Para sa mga bagay na gumagalaw sa proseso ng operasyon sa mga kondisyon ng patuloy na pagbabago ng temperatura, ang mga kalkulasyon ng dami ng init ay mahalaga para sa isa pang dahilan.

Mayroong isang bagay tulad ng "metal fatigue". Kasama rin dito ang pinakamataas na pinahihintulutang pagkarga sa isang tiyak na bilis ng pagbabago ng temperatura. Isipin ang isang eroplano na lumilipad mula sa mahalumigmig na tropiko patungo sa nagyeyelong itaas na kapaligiran. Ang mga inhinyero ay kailangang magtrabaho nang husto upang hindi ito malaglag dahil sa mga bitak sa metal na lumilitaw kapag nagbabago ang temperatura. Naghahanap sila ng komposisyon ng haluang metal na makatiis ng mga tunay na karga at magkakaroon ng malaking margin ng kaligtasan. At upang hindi maghanap nang walang taros, umaasa na hindi sinasadyang madapa sa nais na komposisyon, kailangan mong gumawa ng maraming mga kalkulasyon, kabilang ang mga kasama ang mga pagbabago sa dami ng init.

PAGPAPALIT NG INIT.

1.Paglipat ng init.

Pagpapalit ng init o paglipat ng init ay ang proseso ng paglilipat ng panloob na enerhiya ng isang katawan sa isa pa nang hindi gumagawa ng trabaho.

Mayroong tatlong uri ng paglipat ng init.

1) Thermal conductivity ay ang pagpapalitan ng init sa pagitan ng mga katawan sa direktang kontak.

2) Convection ay heat transfer kung saan ang init ay inililipat sa pamamagitan ng mga daloy ng gas o likido.

3) Radiation ay paglipat ng init sa pamamagitan ng electromagnetic radiation.

2. Ang dami ng init.

Ang dami ng init ay isang sukatan ng pagbabago sa panloob na enerhiya ng isang katawan sa panahon ng pagpapalitan ng init. Tinutukoy ng liham Q.

Ang yunit ng pagsukat ng dami ng init = 1 J.

Ang dami ng init na natanggap ng isang katawan mula sa ibang katawan bilang resulta ng paglipat ng init ay maaaring gastusin sa pagtaas ng temperatura (pagtaas ng kinetic energy ng mga molekula) o sa pagbabago ng estado ng pagsasama-sama (pagtaas ng potensyal na enerhiya).

3. Tiyak na kapasidad ng init ng isang substance.

Ipinapakita ng karanasan na ang dami ng init na kinakailangan upang magpainit ng katawan na may mass m mula sa temperatura T 1 hanggang sa temperatura T 2 ay proporsyonal sa mass ng katawan m at ang pagkakaiba ng temperatura (T 2 - T 1), i.e.

Q = cm(T 2 - T 1 ) = kasamamΔ T,

kasama ay tinatawag na tiyak na kapasidad ng init ng sangkap ng pinainit na katawan.

Ang tiyak na kapasidad ng init ng isang sangkap ay katumbas ng dami ng init na dapat ibigay sa 1 kg ng sangkap upang mapainit ito ng 1 K.

Yunit ng tiyak na kapasidad ng init =.

Ang mga halaga ng kapasidad ng init ng iba't ibang mga sangkap ay matatagpuan sa mga pisikal na talahanayan.

Eksaktong parehong dami ng init Q ang ilalabas kapag ang katawan ay pinalamig ng ΔT.

4. Tiyak na init ng singaw.

Ipinakikita ng karanasan na ang dami ng init na kinakailangan upang i-convert ang isang likido sa singaw ay proporsyonal sa masa ng likido, i.e.

Q = lm,

kung saan ang koepisyent ng proporsyonalidad L ay tinatawag na tiyak na init ng singaw.

Ang tiyak na init ng singaw ay katumbas ng dami ng init na kinakailangan upang gawing singaw ang 1 kg ng likido sa puntong kumukulo.

Yunit ng sukat para sa tiyak na init ng singaw.

Sa reverse na proseso, ang condensation ng singaw, init ay inilabas sa parehong halaga na ginugol sa singaw.

5. Tiyak na init ng pagsasanib.

Ipinapakita ng karanasan na ang dami ng init na kinakailangan upang mabago ang isang solid sa isang likido ay proporsyonal sa masa ng katawan, i.e.

Q = λ m,

kung saan ang koepisyent ng proporsyonalidad λ ay tinatawag na tiyak na init ng pagsasanib.

Ang tiyak na init ng pagsasanib ay katumbas ng dami ng init na kinakailangan para gawing likido ang solidong katawan na tumitimbang ng 1 kg sa punto ng pagkatunaw.

Yunit ng sukat para sa tiyak na init ng pagsasanib.

Sa kabaligtaran na proseso, ang pagkikristal ng isang likido, ang init ay inilabas sa parehong halaga na ginugol sa pagtunaw.

6. Tiyak na init ng pagkasunog.

Ipinapakita ng karanasan na ang dami ng init na inilabas sa panahon ng kumpletong pagkasunog ng gasolina ay proporsyonal sa masa ng gasolina, i.e.

Q = qm,

Kung saan ang proportionality factor q ay tinatawag na specific heat of combustion.

Ang tiyak na init ng pagkasunog ay katumbas ng dami ng init na inilabas sa panahon ng kumpletong pagkasunog ng 1 kg ng gasolina.

Yunit ng sukat para sa tiyak na init ng pagkasunog.

7. Equation ng balanse ng init.

Dalawa o higit pang katawan ang kasangkot sa pagpapalitan ng init. Ang ilang mga katawan ay nagbibigay ng init, habang ang iba ay tumatanggap nito. Nagaganap ang paglipat ng init hanggang sa maging pantay ang temperatura ng mga katawan. Ayon sa batas ng konserbasyon ng enerhiya, ang halaga ng init na ibinibigay ay katumbas ng halaga na natanggap. Sa batayan na ito, isinulat ang equation ng balanse ng init.

Isaalang-alang ang isang halimbawa.

Ang katawan ng mass m 1 , na ang kapasidad ng init ay c 1 , ay may temperatura T 1 , at ang katawan ng mass m 2 , na ang kapasidad ng init ay c 2 , ay may temperatura T 2 . Bukod dito, ang T 1 ay mas malaki kaysa sa T 2. Ang mga katawan na ito ay dinadala sa pakikipag-ugnay. Ipinapakita ng karanasan na ang isang malamig na katawan (m 2) ay nagsisimulang uminit, at ang isang mainit na katawan (m 1) ay nagsisimulang lumamig. Ito ay nagpapahiwatig na ang bahagi ng panloob na enerhiya ng isang mainit na katawan ay inililipat sa isang malamig, at ang mga temperatura ay lumalabas. Tukuyin natin ang huling kabuuang temperatura sa pamamagitan ng θ.

Ang dami ng init na inilipat mula sa isang mainit na katawan patungo sa isang malamig

Q inilipat. = c 1 m 1 (T 1 – θ )

Ang dami ng init na natatanggap ng isang malamig na katawan mula sa isang mainit

Q natanggap. = c 2 m 2 (θ – T 2 )

Ayon sa batas ng konserbasyon ng enerhiya Q inilipat. = Q natanggap., ibig sabihin.

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

Buksan natin ang mga bracket at ipahayag ang halaga ng kabuuang steady-state na temperatura θ.

Ang halaga ng temperatura θ sa kasong ito ay makukuha sa mga kelvin.

Gayunpaman, dahil sa mga expression para sa Q lumipas. at natanggap ang Q. kung mayroong pagkakaiba sa pagitan ng dalawang temperatura, at pareho ito sa parehong mga kelvin at degrees Celsius, kung gayon ang pagkalkula ay maaaring isagawa sa degrees Celsius. Pagkatapos

Sa kasong ito, ang halaga ng temperatura θ ay makukuha sa degrees Celsius.

Ang pagkakapantay-pantay ng mga temperatura bilang resulta ng pagpapadaloy ng init ay maaaring ipaliwanag sa batayan ng molecular kinetic theory bilang isang pagpapalitan ng kinetic energy sa pagitan ng mga molekula sa panahon ng banggaan sa proseso ng thermal chaotic motion.

Ang halimbawang ito ay maaaring ilarawan gamit ang isang graph.