სითბოს რაოდენობა. გაკვეთილის თემა: "სითბოს რაოდენობა. სითბოს რაოდენობის ერთეულები. სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე. სითბოს რაოდენობის გამოთვლა"

სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს გარე ძალების მუშაობის გამო. სითბოს გადაცემის დროს შიდა ენერგიის ცვლილების დასახასიათებლად შემოტანილია სიდიდე, რომელსაც ეწოდება სითბოს რაოდენობა და აღინიშნება Q.

IN საერთაშორისო სისტემასითბოს ერთეული, ისევე როგორც სამუშაო და ენერგია, არის ჯოული: = = = 1 ჯ.

პრაქტიკაში ზოგჯერ გამოიყენება სითბოს რაოდენობის არასისტემური ერთეული - კალორია. 1 კალ. = 4.2 ჯ.

უნდა აღინიშნოს, რომ ტერმინი "სითბოს რაოდენობა" სამწუხაროა. ის დაინერგა იმ დროს, როდესაც ითვლებოდა, რომ სხეულები შეიცავდნენ რაღაც უწონაო, გაუგებარ სითხეს - კალორიულს. სითბოს გაცვლის პროცესი სავარაუდოდ შედგება იმაში, რომ კალორიული, რომელიც მიედინება ერთი სხეულიდან მეორეში, თან ატარებს სითბოს გარკვეულ რაოდენობას. ახლა, როდესაც ვიცით მატერიის სტრუქტურის მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის საფუძვლები, ჩვენ გვესმის, რომ სხეულებში არ არის კალორიულობა, სხეულის შინაგანი ენერგიის შეცვლის მექანიზმი განსხვავებულია. თუმცა, ტრადიციის ძალა დიდია და ჩვენ ვაგრძელებთ ტერმინის გამოყენებას, რომელიც შემოღებულ იქნა სითბოს ბუნების შესახებ არასწორი იდეების საფუძველზე. ამავდროულად, სითბოს გადაცემის ბუნების გაგებით, არ უნდა უგულებელვყოთ მცდარი წარმოდგენები მის შესახებ. პირიქით, სითბოს დინებასა და ჰიპოთეტური კალორიული სითხის დინებას შორის, სითბოს რაოდენობასა და კალორიულ რაოდენობას შორის ანალოგიის გაყვანით, გარკვეული კლასის პრობლემების გადაჭრისას შესაძლებელია მიმდინარე პროცესების ვიზუალიზაცია და სწორად. პრობლემების გადაჭრა. საბოლოო ჯამში, სწორი განტოლებები, რომლებიც აღწერს სითბოს გადაცემის პროცესებს, ერთხელ იქნა მიღებული კალორიის, როგორც სითბოს გადამზიდველის შესახებ არასწორი იდეების საფუძველზე.

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ პროცესები, რომლებიც შეიძლება მოხდეს სითბოს გაცვლის შედეგად.

ჩაასხით ცოტა წყალი სინჯარაში და დახურეთ საცობით. საცდელ მილს ვაკიდებთ სადგამში დამაგრებული ღეროდან და მის ქვეშ ვათავსებთ ღია ცეცხლს. საცდელი მილი ცეცხლიდან იღებს სითბოს გარკვეულ რაოდენობას და მასში არსებული სითხის ტემპერატურა მატულობს. ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება სითხის შიდა ენერგია. ხდება აორთქლების ინტენსიური პროცესი. გაფართოებული თხევადი ორთქლები წარმოქმნის მექანიკური მუშაობასაცდელი მილიდან საცობის ამოღებით.

ჩავატაროთ კიდევ ერთი ექსპერიმენტი თითბერის მილის ნაჭრისგან დამზადებული ქვემეხის მოდელით, რომელიც ეტლზეა დამაგრებული. ერთ მხარეს მილი მჭიდროდ არის დახურული ებონიტის საცობით, რომლითაც გადის ქინძისთავი. მავთულები შედუღებულია ქინძისთავზე და მილზე, მთავრდება ტერმინალებით, რომლებზეც შესაძლებელია ძაბვის მიწოდება განათების ქსელიდან. ამრიგად, ქვემეხის მოდელი არის ელექტრო ქვაბის ტიპი.

ჩაასხით ცოტა წყალი ქვემეხის ლულაში და დახურეთ მილი რეზინის საცობით. მოდით დავუკავშიროთ იარაღი დენის წყაროს. Ელექტროობაწყალში გავლისას აცხელებს მას. წყალი დუღს, რაც იწვევს ინტენსიური ორთქლის წარმოქმნას. წყლის ორთქლის წნევა მატულობს და ბოლოს ასრულებენ თოფის ლულის საცობის გამოძევებას.

იარაღი, უკუცემის გამო, გორავს შტეფსელის ამოგდების საწინააღმდეგო მიმართულებით.

ორივე გამოცდილებას აერთიანებს შემდეგი გარემოებები. სითხის გაცხელების პროცესში სხვადასხვა გზები, გაიზარდა სითხის ტემპერატურა და შესაბამისად მისი შინაგანი ენერგია. სითხე რომ ადუღებულიყო და ინტენსიურად აორთქლებულიყო, საჭირო იყო მისი გაცხელების გაგრძელება.

თხევადი ორთქლები, მათი შინაგანი ენერგიის გამო, ასრულებდნენ მექანიკურ მუშაობას.

ჩვენ ვიკვლევთ სხეულის გასათბობად საჭირო სითბოს რაოდენობის დამოკიდებულებას მის მასაზე, ტემპერატურის ცვლილებებზე და ნივთიერების ტიპზე. ამ დამოკიდებულებების შესასწავლად ჩვენ გამოვიყენებთ წყალს და ზეთს. (ექსპერიმენტში ტემპერატურის გასაზომად გამოიყენება სარკისებური გალვანომეტრთან დაკავშირებული თერმოწყვილისგან დამზადებული ელექტრო თერმომეტრი. თერმოწყვილის ერთი შეერთება დაშვებულია ჭურჭელში ცივი წყალირათა უზრუნველყოს მისი ტემპერატურა მუდმივი. თერმოწყვილის სხვა შეერთება ზომავს შესამოწმებელი სითხის ტემპერატურას).

გამოცდილება სამი სერიისგან შედგება. პირველ სერიაში კონკრეტული სითხის (ჩვენს შემთხვევაში წყლის) მუდმივი მასისთვის შესწავლილია მისი გასათბობად საჭირო სითბოს ოდენობის დამოკიდებულება ტემპერატურის ცვლილებებზე. ჩვენ ვიმსჯელებთ სითხის მიერ გამათბობელიდან (ელექტრო ღუმელი) მიერ მიღებული სითბოს რაოდენობაზე გათბობის დროის მიხედვით, თუ ვივარაუდებთ, რომ მათ შორის არის პირდაპირი კავშირი. პროპორციული დამოკიდებულება. იმისთვის, რომ ექსპერიმენტის შედეგი შეესაბამებოდეს ამ ვარაუდს, აუცილებელია უზრუნველყოს სტაციონარული სითბოს ნაკადი ელექტრო ღუმელიდან გაცხელებულ სხეულამდე. ამისათვის ელექტრო ღუმელი წინასწარ იყო ჩართული, რათა ექსპერიმენტის დაწყებისას მისი ზედაპირის ტემპერატურა შეწყვეტილიყო. ექსპერიმენტის დროს სითხის უფრო თანაბრად გასათბობად, მას თავად თერმოწყვილის გამოყენებით ვურევთ. ჩვენ ჩავწერთ თერმომეტრის მაჩვენებლებს რეგულარული ინტერვალებით, სანამ სინათლის ლაქა არ მიაღწევს მასშტაბის ზღვარს.

მოდით დავასკვნათ: არსებობს პირდაპირი პროპორციული კავშირი სხეულის გასათბობად საჭირო სითბოს რაოდენობასა და მისი ტემპერატურის ცვლილებას შორის.

ექსპერიმენტების მეორე სერიაში ჩვენ შევადარებთ სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა სხვადასხვა მასის იდენტური სითხეების გასათბობად, როდესაც მათი ტემპერატურა იგივე რაოდენობით იცვლება.

მიღებული მნიშვნელობების შედარების მოხერხებულობისთვის, მეორე ექსპერიმენტისთვის წყლის მასა ორჯერ ნაკლები იქნება, ვიდრე პირველ ექსპერიმენტში.

ჩვენ კვლავ ჩავწერთ თერმომეტრის მაჩვენებლებს რეგულარული ინტერვალებით.

პირველი და მეორე ექსპერიმენტის შედეგების შედარებისას შესაძლებელია შემდეგი დასკვნების გამოტანა.

ექსპერიმენტების მესამე სერიაში ჩვენ შევადარებთ სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა სხვადასხვა სითხეების თანაბარი მასის გასათბობად, როდესაც მათი ტემპერატურა იცვლება იმავე რაოდენობით.

ელექტრო ღუმელზე გავაცხელებთ ზეთს, რომლის მასა პირველ ექსპერიმენტში წყლის მასის ტოლია. ჩვენ ჩავწერთ თერმომეტრის მაჩვენებლებს რეგულარული ინტერვალებით.

ექსპერიმენტის შედეგი ადასტურებს დასკვნას, რომ სხეულის გასათბობად საჭირო სითბოს რაოდენობა პირდაპირპროპორციულია მისი ტემპერატურის ცვლილებისა და, გარდა ამისა, მიუთითებს სითბოს ამ რაოდენობის დამოკიდებულებაზე ნივთიერების ტიპზე.

ვინაიდან ექსპერიმენტში გამოყენებული იყო ზეთი, რომლის სიმკვრივე ნაკლებია წყლის სიმკვრივეზე, და ზეთის გაცხელება გარკვეულ ტემპერატურაზე მოითხოვდა ნაკლებ სითბოს, ვიდრე წყლის გაცხელება, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ სხეულის გასათბობად საჭირო სითბოს რაოდენობა დამოკიდებულია მასზე. სიმჭიდროვე.

ამ ვარაუდის შესამოწმებლად, მუდმივი სიმძლავრის გამათბობელზე ერთდროულად გავაცხელებთ წყლის, პარაფინის და სპილენძის თანაბარ მასებს.

ამავე დროს, სპილენძის ტემპერატურა დაახლოებით 10-ჯერ, ხოლო პარაფინის დაახლოებით 2-ჯერ მეტია წყლის ტემპერატურაზე.

მაგრამ სპილენძს უფრო მაღალი სიმკვრივე აქვს და პარაფინს უფრო დაბალი სიმკვრივე აქვს ვიდრე წყალს.

გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ რაოდენობა, რომელიც ახასიათებს იმ ნივთიერებების ტემპერატურის ცვლილების სიჩქარეს, საიდანაც მზადდება სითბოს გაცვლაში ჩართული სხეულები, არ არის სიმკვრივე. ამ სიდიდეს ეწოდება ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს მოცულობა და აღინიშნება ასო c-ით.

სპეციალური მოწყობილობა გამოიყენება სხვადასხვა ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს შესაძლებლობების შესადარებლად. მოწყობილობა შედგება თაროებისგან, რომლებშიც დამაგრებულია თხელი პარაფინის ფირფიტა და მასში გავლილი ღეროებით. წნელების ბოლოებზე ფიქსირდება თანაბარი მასის ალუმინის, ფოლადის და სპილენძის ცილინდრები.

ცილინდრები იმავე ტემპერატურაზე გავაცხელოთ ცხელ ღუმელზე მდგარ ჭურჭელში ჩაძირვით. ცხელ ცილინდრებს ვამაგრებთ თაროებზე და ვათავისუფლებთ შესაკრავიდან. ცილინდრები ერთდროულად ეხებიან პარაფინის ფირფიტას და პარაფინის დნობისას იწყებენ მასში ჩაძირვას. ერთი და იმავე მასის ცილინდრების პარაფინის ფირფიტაში ჩაძირვის სიღრმე, როდესაც მათი ტემპერატურა იგივე რაოდენობით იცვლება, განსხვავებული აღმოჩნდება.

გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ ალუმინის, ფოლადის და სპილენძის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე განსხვავებულია.

ჩაატარა შესაბამისი ექსპერიმენტები დნობის შესახებ მყარი, სითხეების აორთქლება, საწვავის წვა ვიღებთ შემდეგ რაოდენობრივ დამოკიდებულებებს.

კონკრეტული რაოდენობების ერთეულების მისაღებად, ისინი უნდა გამოისახოს შესაბამისი ფორმულებიდან და მიღებულ გამონათქვამებში სითბოს შემცვლელ ერთეულებში - 1 ჯ, მასა - 1 კგ და სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრისთვის - 1 კ.

ვიღებთ შემდეგ ერთეულებს: ხვედრითი თბოტევადობა – 1 ჯ/კგ·კ, სხვა სპეციფიკური სიცხეები: 1 ჯ/კგ.

სხეულის შინაგანი ენერგია იცვლება სამუშაოს შესრულების ან სითბოს გადაცემისას. სითბოს გადაცემის ფენომენში შიდა ენერგია გადადის გამტარობით, კონვექციის ან რადიაციის გზით.

თითოეული სხეული, როდესაც გაცხელდება ან გაცივდება (სითბოს გადაცემის გზით), იძენს ან კარგავს გარკვეულ ენერგიას. ამის საფუძველზე, ჩვეულებრივ, ენერგიის ამ რაოდენობას სითბოს რაოდენობას ვუწოდებთ.

Ისე, სითბოს რაოდენობა არის ენერგია, რომელსაც სხეული აძლევს ან იღებს სითბოს გადაცემის პროცესში.

რამდენი სითბოა საჭირო წყლის გასათბობად? ჩართულია მარტივი მაგალითითქვენ გესმით, რომ სხვადასხვა რაოდენობის წყლის გათბობა მოითხოვს სხვადასხვა რაოდენობის სითბოს. ვთქვათ, ავიღოთ ორი სინჯი 1 ლიტრი წყალი და 2 ლიტრი წყალი. რა შემთხვევაში იქნება საჭირო მეტი სითბო? მეორეში, სადაც სინჯარაში 2 ლიტრი წყალია. მეორე სინჯარის გაცხელებას უფრო მეტი დრო დასჭირდება, თუ მათ იმავე ცეცხლის წყაროთი გავაცხელებთ.

ამრიგად, სითბოს რაოდენობა დამოკიდებულია სხეულის მასაზე. რაც უფრო დიდია მასა, მით მეტია გათბობისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობა და, შესაბამისად, მეტი დრო სჭირდება სხეულის გაგრილებას.

კიდევ რაზეა დამოკიდებული სითბოს რაოდენობა? ბუნებრივია, სხეულის ტემპერატურის სხვაობისგან. მაგრამ ეს ყველაფერი არ არის. ბოლოს და ბოლოს, თუ წყლის ან რძის გაცხელებას ვცდილობთ, დრო სხვადასხვა დროს დაგვჭირდება. ანუ გამოდის, რომ სითბოს რაოდენობა დამოკიდებულია იმ ნივთიერებაზე, რომლისგანაც შედგება სხეული.

შედეგად, გამოდის, რომ სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა გათბობისთვის ან სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამოიყოფა სხეულის გაციებისას, დამოკიდებულია მის მასაზე, ტემპერატურის ცვლილებაზე და ნივთიერების ტიპზე, რომლის სხეულიც არის. შედგენილი.

როგორ იზომება სითბოს რაოდენობა?

უკან სითბოს ერთეულიზოგადად მიღებულია 1 ჯოული. ენერგიის საზომი ერთეულის მოსვლამდე მეცნიერები სითბოს რაოდენობას კალორიებად თვლიდნენ. ამ საზომი ერთეული ჩვეულებრივ შემოკლებით არის "J"

კალორიული- ეს არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გრამი წყლის 1 გრადუს ცელსიუსზე გასათბობად. კალორიების გაზომვის შემოკლებული ფორმაა "cal".

1 კალ = 4,19 ჯ.

გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ამ ენერგეტიკულ ერთეულებში ჩვეულებრივია აღინიშნოს კვებითი ღირებულებასაკვები პროდუქტები კჯ და კკალ.

1 კკალ = 1000 კალ.

1 კჯ = 1000 ჯ

1 კკალ = 4190 ჯ = 4,19 კჯ

რა არის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე

ბუნებაში თითოეულ ნივთიერებას აქვს თავისი თვისებები და თითოეული ცალკეული ნივთიერების გაცხელება მოითხოვს ენერგიის განსხვავებულ რაოდენობას, ე.ი. სითბოს რაოდენობა.

სპეციფიკური სითბონივთიერებები- ეს არის სითბოს ოდენობის ტოლი, რომელიც უნდა გადავიდეს 1 კილოგრამ მასის მქონე სხეულზე, რომ გააცხელოს იგი 1 ტემპერატურაზე. 0 C

სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე აღინიშნება ასო c-ით და აქვს საზომი მნიშვნელობა J/kg*

მაგალითად, წყლის სპეციფიკური სითბური სიმძლავრეა 4200 ჯ/კგ* 0 C. ანუ ეს არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა გადავიდეს 1 კგ წყალში, რომ გაცხელდეს 1-ით. 0 C

უნდა გვახსოვდეს, რომ აგრეგაციის სხვადასხვა მდგომარეობებში ნივთიერებების სპეციფიკური სითბოს მოცულობა განსხვავებულია. ანუ ყინულის გაცხელება 1-ით 0 C დასჭირდება სითბოს განსხვავებული რაოდენობა.

როგორ გამოვთვალოთ სითბოს რაოდენობა სხეულის გასათბობად

მაგალითად, აუცილებელია გამოვთვალოთ სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა დაიხარჯოს 15 ტემპერატურიდან 3 კგ წყლის გასათბობად. 0 C მდე ტემპერატურა 85 0 C. ჩვენ ვიცით წყლის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე, ანუ ენერგიის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 კგ წყლის 1 გრადუსით გასათბობად. ანუ იმისთვის, რომ ჩვენს შემთხვევაში გაარკვიოთ სითბოს რაოდენობა, თქვენ უნდა გაამრავლოთ წყლის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე 3-ზე და იმ გრადუსზე, რომლითაც გსურთ წყლის ტემპერატურის გაზრდა. ეს არის 4200*3*(85-15) = 882000.

ფრჩხილებში ვიანგარიშებთ გრადუსების ზუსტ რაოდენობას, გამოვაკლებთ საწყის შედეგს საბოლოო საჭირო შედეგს

ასე რომ, იმისათვის, რომ გაათბოთ 3 კგ წყალი 15-დან 85-მდე 0 C, ჩვენ გვჭირდება 882,000 J სითბო.

სითბოს რაოდენობა აღინიშნება ასო Q-ით, მისი გამოთვლის ფორმულა ასეთია:

Q=c*m*(t 2 -t 1).

პრობლემების ანალიზი და გადაწყვეტა

პრობლემა 1. რამდენი სითბოა საჭირო 0,5 კგ წყლის 20-დან 50-მდე გასათბობად 0 C

მოცემული:

მ = 0,5 კგ.,

s = 4200 ჯ/კგ* 0 C,

t 1 = 20 0 C,

t 2 = 50 0 C.

ჩვენ განვსაზღვრეთ სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე ცხრილიდან.

გამოსავალი:

2 -t 1).

შეცვალეთ მნიშვნელობები:

Q=4200*0.5*(50-20) = 63000 ჯ = 63 კჯ.

პასუხი: Q=63 კჯ.

დავალება 2.რა რაოდენობის სითბოა საჭირო ალუმინის ზოლის გასათბობად, რომლის წონაა 0,5 კგ 85-ით 0 C?

მოცემული:

მ = 0,5 კგ.,

s = 920 ჯ/კგ* 0 C,

t 1 = 0 0 C,

t 2 = 85 0 C.

გამოსავალი:

სითბოს რაოდენობა განისაზღვრება ფორმულით Q=c*m*(t 2 -t 1).

შეცვალეთ მნიშვნელობები:

Q=920*0.5*(85-0) = 39100 ჯ = 39.1 კჯ.

პასუხი: Q= 39,1 კჯ.

როგორც ცნობილია, სხვადასხვა მექანიკური პროცესის დროს ხდება მექანიკური ენერგიის ცვლილება. მექანიკური ენერგიის ცვლილების საზომია სისტემაზე გამოყენებული ძალების მუშაობა:

სითბოს გაცვლის დროს ხდება სხეულის შინაგანი ენერგიის ცვლილება. სითბოს გადაცემის დროს შიდა ენერგიის ცვლილების საზომია სითბოს რაოდენობა.

სითბოს რაოდენობაარის შინაგანი ენერგიის ცვლილების საზომი, რომელსაც სხეული იღებს (ან უარს ამბობს) სითბოს გაცვლის პროცესში.

ამრიგად, მუშაობაც და სითბოს რაოდენობაც ახასიათებს ენერგიის ცვლილებას, მაგრამ არ არის ენერგიის იდენტური. ისინი არ ახასიათებენ თავად სისტემის მდგომარეობას, მაგრამ განსაზღვრავენ ენერგიის გადასვლის პროცესს ერთი ტიპიდან მეორეზე (ერთი სხეულიდან მეორეზე), როდესაც მდგომარეობა იცვლება და მნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული პროცესის ბუნებაზე.

სამუშაოსა და სითბოს რაოდენობას შორის მთავარი განსხვავება ისაა, რომ სამუშაო ახასიათებს სისტემის შიდა ენერგიის შეცვლის პროცესს, რომელსაც თან ახლავს ენერგიის გარდაქმნა ერთი ტიპიდან მეორეზე (მექანიკურიდან შიდაში). სითბოს რაოდენობა ახასიათებს შინაგანი ენერგიის გადაცემის პროცესს ერთი სხეულიდან მეორეზე (უფრო გახურებულიდან ნაკლებად გაცხელებამდე), რომელსაც არ ახლავს ენერგიის გარდაქმნები.

გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა m მასის სხეულის გასათბობად ტემპერატურიდან ტემპერატურამდე, გამოითვლება ფორმულით

სადაც c არის ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს მოცულობა;

სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის SI ერთეული არის ჯული კილოგრამ კელვინზე (J/(kg K)).

სპეციფიკური სითბო c რიცხობრივად უდრის სითბოს რაოდენობას, რომელიც უნდა გადაეცეს 1 კგ მასის სხეულს, რათა გაცხელდეს იგი 1 K-ით.

სითბოს ტევადობასხეული რიცხობრივად უდრის სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა სხეულის ტემპერატურის 1 კ-ით შესაცვლელად:

სხეულის სითბოს სიმძლავრის SI ერთეული არის ჯული კელვინზე (J/K).

მუდმივ ტემპერატურაზე სითხის ორთქლად გადაქცევისთვის საჭიროა სითბოს დახარჯვა

სადაც L არის აორთქლების სპეციფიკური სითბო. როდესაც ორთქლი კონდენსირდება, სითბოს იგივე რაოდენობა გამოიყოფა.

დნობის ტემპერატურაზე m მასის კრისტალური სხეულის დნობისთვის საჭიროა სხეულის სითბოს გადაცემა.

სად არის შერწყმის სპეციფიკური სითბო. როდესაც სხეული კრისტალიზდება, სითბოს იგივე რაოდენობა გამოიყოფა.

m მასით საწვავის სრული წვის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა,

სადაც q არის წვის სპეციფიკური სითბო.

აორთქლების, დნობის და წვის სპეციფიკური სითბოს SI ერთეული არის ჯული თითო კილოგრამზე (ჯ/კგ).

ჩვენი სტატიის ყურადღება გამახვილებულია სითბოს რაოდენობაზე. ჩვენ განვიხილავთ შინაგანი ენერგიის ცნებას, რომელიც გარდაიქმნება ამ რაოდენობის ცვლილებისას. ჩვენ ასევე გაჩვენებთ ადამიანის საქმიანობაში გამოთვლების გამოყენების მაგალითებს.

სითბო

თითოეულ ადამიანს აქვს საკუთარი ასოციაციები მშობლიურ ენაზე ნებისმიერ სიტყვასთან. ისინი გადაწყვეტილნი არიან პირადი გამოცდილებადა ირაციონალური გრძნობები. რას ფიქრობთ ჩვეულებრივ, როდესაც გესმით სიტყვა "სითბო"? რბილი საბანი, სამუშაო ცენტრალური გათბობის რადიატორი ზამთარში, მზის პირველი შუქი გაზაფხულზე, კატა. ან დედის მზერა, მეგობრის დამამშვიდებელი სიტყვა, დროული ყურადღება.

ფიზიკოსები ამით ძალიან კონკრეტულ ტერმინს გულისხმობენ. და ძალიან მნიშვნელოვანია, განსაკუთრებით ამ რთული, მაგრამ მომხიბლავი მეცნიერების ზოგიერთ მონაკვეთში.

თერმოდინამიკა

არ ღირს სითბოს რაოდენობის გათვალისწინება უმარტივესი პროცესებისგან იზოლირებულად, რომლებზეც დაფუძნებულია ენერგიის შენარჩუნების კანონი - არაფერი იქნება ნათელი. ამიტომ, ჯერ ჩვენს მკითხველს შევახსენოთ ისინი.

თერმოდინამიკა განიხილავს ნებისმიერ ნივთს ან ობიექტს, როგორც ძალიან დიდი რაოდენობითელემენტარული ნაწილები - ატომები, იონები, მოლეკულები. მისი განტოლებები აღწერს ნებისმიერ ცვლილებას სისტემის კოლექტიურ მდგომარეობაში, როგორც მთლიანობაში და როგორც მთლიანის ნაწილს, როდესაც იცვლება მაკროპარამეტრები. ეს უკანასკნელი ეხება ტემპერატურას (აღნიშნავს როგორც T), წნევას (P), კომპონენტების კონცენტრაციას (ჩვეულებრივ C).

შინაგანი ენერგია

შინაგანი ენერგია საკმაოდ რთული ტერმინია, რომლის მნიშვნელობის გაგებაც ღირს, სანამ ვისაუბრებთ სითბოს რაოდენობაზე. იგი აღნიშნავს ენერგიას, რომელიც იცვლება, როდესაც ობიექტის მაკროპარამეტრების მნიშვნელობა იზრდება ან მცირდება და არ არის დამოკიდებული საცნობარო სისტემაზე. ნაწილია მთლიანი ენერგია. იგი ემთხვევა მას იმ პირობებში, როდესაც შესასწავლი ნივთის მასის ცენტრი მოსვენებულია (ანუ არ არსებობს კინეტიკური კომპონენტი).

როდესაც ადამიანი გრძნობს, რომ ობიექტი (ვთქვათ, ველოსიპედი) გაცხელდა ან გაცივდა, ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ამ სისტემის შემადგენელი ყველა მოლეკულა და ატომმა განიცადა შინაგანი ენერგიის ცვლილება. თუმცა, მუდმივი ტემპერატურა არ ნიშნავს ამ ინდიკატორის შენარჩუნებას.

მუშაობა და სითბო

ნებისმიერი თერმოდინამიკური სისტემის შიდა ენერგია შეიძლება გარდაიქმნას ორი გზით:

• მასზე მუშაობის შესრულებით;
• გარემოსთან სითბოს გაცვლის დროს.

ამ პროცესის ფორმულა ასე გამოიყურება:

dU=Q-A, სადაც U არის შინაგანი ენერგია, Q არის სითბო, A არის სამუშაო.

მკითხველი არ მოატყუოს გამოთქმის სიმარტივემ. გადაწყობა გვიჩვენებს, რომ Q=dU+A, თუმცა, ენტროპიის (S) შემოღებით ფორმულა dQ=dSxT ფორმამდე მიდის.

ვინაიდან ამ შემთხვევაში განტოლება დიფერენციალურის ფორმას იღებს, პირველი გამოხატულება იგივეს მოითხოვს. შემდეგი, შესასწავლ ობიექტში მოქმედი ძალებისა და გამოთვლილი პარამეტრიდან გამომდინარე, გამოდის საჭირო თანაფარდობა.

თერმოდინამიკური სისტემის მაგალითად ავიღოთ ლითონის ბურთი. თუ დააჭერთ მას, გადააგდებთ, ჩააგდებთ ღრმა ჭაში, მაშინ ეს ნიშნავს მასზე სამუშაოს შესრულებას. გარეგნულად, ყველა ეს უვნებელი ქმედება არ გამოიწვევს ბურთის ზიანს, მაგრამ მისი შინაგანი ენერგია შეიცვლება, თუმცა ძალიან ოდნავ.

მეორე მეთოდი არის სითბოს გაცვლა. ახლა მივედით ამ სტატიის მთავარ მიზანთან: აღწერა, თუ რა არის სითბოს რაოდენობა. ეს არის თერმოდინამიკური სისტემის შიდა ენერგიის ცვლილება, რომელიც ხდება სითბოს გაცვლის დროს (იხ. ფორმულა ზემოთ). ის იზომება ჯოულებში ან კალორიებში. ცხადია, თუ ბურთს სანთებელზე, მზეზე ან უბრალოდ თბილ ხელში დაიჭერთ, ის გახურდება. და შემდეგ შეგიძლიათ გამოიყენოთ ტემპერატურის ცვლილება, რათა იპოვოთ სითბოს რაოდენობა, რომელიც მას მიეწოდა.

რატომ არის გაზი შინაგანი ენერგიის ცვლილების საუკეთესო მაგალითი და რატომ არ უყვართ სკოლის მოსწავლეებს ფიზიკა ამის გამო

ზემოთ ჩვენ აღვწერეთ ცვლილებები ლითონის ბურთის თერმოდინამიკურ პარამეტრებში. ისინი არც თუ ისე შესამჩნევია სპეციალური მოწყობილობების გარეშე და მკითხველს მხოლოდ ობიექტთან მიმდინარე პროცესების შესახებ სიტყვა შეუძლია. სხვა საქმეა, სისტემა გაზიანია. დააჭირეთ მასზე - გამოჩნდება, გაათბეთ - წნევა მოიმატებს, ჩამოწიეთ მიწისქვეშ - და მისი ჩაწერა მარტივად შეიძლება. ამიტომ სახელმძღვანელოებში გაზი ყველაზე ხშირად გამოიყენება როგორც ვიზუალური თერმოდინამიკური სისტემა.

მაგრამ, სამწუხაროდ, შიგნით თანამედროვე განათლებარეალურ ექსპერიმენტებს დიდი ყურადღება არ ექცევა. მეცნიერი, რომელიც წერს ხელსაწყოების ნაკრები, მშვენივრად ესმის რა არის სასწორზე. მას ეჩვენება, რომ გაზის მოლეკულების მაგალითის გამოყენებით, ყველა თერმოდინამიკური პარამეტრი სათანადოდ იქნება დემონსტრირებული. მაგრამ სტუდენტს, რომელიც ახლახან აღმოაჩენს ამ სამყაროს, მოწყენილია თეორიული დგუშის მქონე იდეალური კოლბის შესახებ მოსმენა. სკოლას რომ ჰქონოდა რეალური კვლევითი ლაბორატორიები და საათები გამოეყო მათში სამუშაოდ, ყველაფერი სხვაგვარად იქნებოდა. ჯერჯერობით, სამწუხაროდ, ექსპერიმენტები მხოლოდ ქაღალდზეა. და, დიდი ალბათობით, სწორედ ეს არის მიზეზი იმისა, რომ ადამიანები ფიზიკის ამ დარგად თვლიან რაღაც წმინდა თეორიულად, სიცოცხლისგან შორს და არასაჭირო.

ამიტომ, ჩვენ გადავწყვიტეთ, მაგალითისთვის გამოგვეყენებინა ზემოთ ნახსენები ველოსიპედი. ადამიანი აჭერს პედლებს და მუშაობს მათზე. გარდა იმისა, რომ მთელ მექანიზმს ანიჭებს ბრუნვას (რისი წყალობითაც ველოსიპედი მოძრაობს სივრცეში), იცვლება იმ მასალების შიდა ენერგია, საიდანაც მზადდება ბერკეტები. ველოსიპედისტი აჭერს სახელურებს, რომ შემობრუნდეს და ისევ ასრულებს სამუშაოს.

გარე საფარის (პლასტმასის ან ლითონის) შიდა ენერგია იზრდება. ადამიანი გადის ნათელი მზის ქვეშ - ველოსიპედი თბება, იცვლება მისი სითბოს რაოდენობა. ჩერდება ძველი მუხის ჩრდილში დასასვენებლად და სისტემა გაცივდება, კარგავს კალორიებს ან ჯოულებს. ზრდის სიჩქარეს - ზრდის ენერგიის გაცვლას. თუმცა, სითბოს რაოდენობის გამოთვლა ყველა ამ შემთხვევაში აჩვენებს ძალიან მცირე, შეუმჩნეველ მნიშვნელობას. აქედან გამომდინარე, როგორც ჩანს, თერმოდინამიკური ფიზიკის გამოვლინებები ნამდვილი ცხოვრებაარა.

გამოთვლების გამოყენება სითბოს რაოდენობის ცვლილებაზე

მკითხველი ალბათ იტყვის, რომ ეს ყველაფერი ძალიან საგანმანათლებლოა, მაგრამ რატომ ვიტანჯებით სკოლაში ასე ამ ფორმულებით? ახლა კი ჩვენ მივცემთ მაგალითებს ადამიანის საქმიანობის რომელ სფეროებშია ისინი უშუალოდ საჭირო და როგორ ეხება ეს ვინმეს მათ ყოველდღიურ ცხოვრებაში.

ჯერ მიმოიხედე ირგვლივ და დათვალე: რამდენი ლითონის საგანია გარშემორტყმული? ალბათ ათზე მეტი. მაგრამ სანამ გახდება ქაღალდის სამაგრი, ვაგონი, ბეჭედი ან ფლეშ დრაივი, ნებისმიერი ლითონი განიცდის დნობას. თითოეულ ქარხანას, რომელიც ამუშავებს, ვთქვათ, რკინის მადანს, უნდა გაიგოს, რამდენი საწვავია საჭირო ხარჯების ოპტიმიზაციისთვის. და ამის გაანგარიშებისას აუცილებელია ვიცოდეთ ლითონის შემცველი ნედლეულის სითბოს ტევადობა და სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა გადაეცეს მას, რათა მოხდეს ყველა ტექნოლოგიური პროცესი. ვინაიდან საწვავის ერთეულის მიერ გამოთავისუფლებული ენერგია გამოითვლება ჯოულებში ან კალორიებში, ფორმულები საჭიროა პირდაპირ.

ან კიდევ ერთი მაგალითი: სუპერმარკეტების უმეტესობას აქვს განყოფილება გაყინული საქონლით - თევზი, ხორცი, ხილი. როდესაც ცხოველის ხორციდან ან ზღვის პროდუქტებიდან ნედლეული გარდაიქმნება ნახევარფაბრიკატად, მათ უნდა იცოდნენ, რამდენ ელექტროენერგიას მოიხმარენ სამაცივრე და გაყინვის დანადგარები ტონაზე ან მზა პროდუქტის ერთეულზე. ამისათვის თქვენ უნდა გამოთვალოთ რამდენ სითბოს კარგავს კილოგრამი მარწყვი ან კალმარი ერთი გრადუსით გაციებისას. და ბოლოს, ეს აჩვენებს რამდენ ელექტროენერგიას მოიხმარს გარკვეული სიმძლავრის საყინულე.

თვითმფრინავები, გემები, მატარებლები

ზემოთ ჩვენ ვაჩვენეთ შედარებით უმოძრაო, სტატიკური ობიექტების მაგალითები, რომლებზეც სითბოს გარკვეული რაოდენობა გადაეცემა ან რომელთაგან, პირიქით, გარკვეული რაოდენობის სითბო იღება. ობიექტებისთვის, რომლებიც მოძრაობენ ექსპლუატაციის დროს მუდმივად ცვალებადი ტემპერატურის პირობებში, სითბოს რაოდენობის გამოთვლები მნიშვნელოვანია სხვა მიზეზის გამო.

არსებობს ისეთი რამ, როგორიცაა "ლითონის დაღლილობა". იგი ასევე მოიცავს მაქსიმალურ დასაშვებ დატვირთვას ტემპერატურის ცვლილების გარკვეული სიჩქარით. წარმოიდგინეთ თვითმფრინავი, რომელიც ნოტიო ტროპიკებიდან აფრინდება გაყინულ ზედა ატმოსფეროში. ინჟინრებს უწევთ დიდი შრომა, რათა უზრუნველყონ, რომ იგი არ დაიშლება ლითონის ბზარების გამო, რომლებიც ჩნდება ტემპერატურის ცვლილებისას. ისინი ეძებენ შენადნობის კომპოზიციას, რომელიც გაუძლებს რეალურ დატვირთვას და აქვს უსაფრთხოების დიდი ზღვარი. და იმისათვის, რომ ბრმად არ მოძებნოთ, იმ იმედით, რომ შემთხვევით წააწყდებით სასურველ კომპოზიციას, თქვენ უნდა გააკეთოთ ბევრი გამოთვლა, მათ შორის, რომლებიც მოიცავს სითბოს რაოდენობის ცვლილებას.

სასწავლო მიზანი: სითბოს რაოდენობის და სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის ცნების გაცნობა.

განვითარების მიზანი: ყურადღების გამომუშავება; ასწავლე ფიქრი, დასკვნების გამოტანა.

1. თემის განახლება

2. ახალი მასალის ახსნა. 50 წთ.

თქვენ უკვე იცით, რომ სხეულის შინაგანი ენერგია შეიძლება შეიცვალოს როგორც სამუშაოს შესრულებისას, ასევე სითბოს გადაცემით (სამუშაოს შესრულების გარეშე).

ენერგიას, რომელსაც სხეული იღებს ან კარგავს სითბოს გადაცემის დროს, სითბოს რაოდენობას უწოდებენ. (ჩაწერეთ ბლოკნოტში)

ეს ნიშნავს, რომ სითბოს რაოდენობის საზომი ერთეულები ასევე არის ჯოული ( ჯ).

ვატარებთ ექსპერიმენტს: ერთში ორი ჭიქა 300გრ წყალი,მეორეში 150გრ და რკინის ცილინდრი 150გრ.ორივე ჭიქა ერთსა და იმავე ფილაზეა მოთავსებული. გარკვეული პერიოდის შემდეგ, თერმომეტრები აჩვენებს, რომ ჭურჭლის წყალი, რომელშიც სხეული მდებარეობს, უფრო სწრაფად თბება.

ეს ნიშნავს, რომ 150 გრ რკინის გაცხელება მოითხოვს ნაკლებ სითბოს, ვიდრე 150 გრ წყლის გაცხელება.

სხეულზე გადაცემული სითბოს რაოდენობა დამოკიდებულია ნივთიერების ტიპზე, საიდანაც სხეული მზადდება. (ჩაწერეთ ბლოკნოტში)

ჩვენ ვსვამთ კითხვას: არის თუ არა სითბოს იგივე რაოდენობა საჭირო თანაბარი მასის, მაგრამ სხვადასხვა ნივთიერებისგან შემდგარი სხეულების ერთსა და იმავე ტემპერატურაზე გასათბობად?

ჩვენ ვატარებთ ექსპერიმენტს ტინდალის მოწყობილობით სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის დასადგენად.

ჩვენ ვასკვნით: სხვადასხვა ნივთიერებისგან, მაგრამ ერთი და იგივე მასის სხეულები, გაცივებისას კარგავენ და საჭიროებენ სითბოს სხვადასხვა რაოდენობას იმავე რაოდენობის გრადუსით გაცხელებისას.

ჩვენ ვაკეთებთ დასკვნებს:

1. სხვადასხვა ნივთიერებისაგან შემდგარი თანაბარი მასის სხეულების ერთსა და იმავე ტემპერატურაზე გასათბობად საჭიროა სხვადასხვა რაოდენობითსითბო.

2. თანაბარი მასის სხეულები, რომლებიც შედგება სხვადასხვა ნივთიერებისგან და თბება ერთსა და იმავე ტემპერატურაზე. იმავე რაოდენობის გრადუსით გაგრილებისას გამოიყოფა სითბოს სხვადასხვა რაოდენობა.

ჩვენ ვასკვნით, რომ სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა სხვადასხვა ნივთიერების ერთეული მასის ერთი გრადუსით გასათბობად, განსხვავდება.

ჩვენ ვაძლევთ სპეციფიკურ სითბოს სიმძლავრის განმარტებას.

ფიზიკურ სიდიდეს, რომელიც რიცხობრივად უდრის სითბოს რაოდენობას, რომელიც უნდა გადავიდეს 1 კგ მასის სხეულზე, რათა მისი ტემპერატურა შეიცვალოს 1 გრადუსით, ეწოდება ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე.

შეიყვანეთ საზომი ერთეული სპეციფიკური თბოტევადობისთვის: 1J/კგ*გრადუსზე.

ტერმინის ფიზიკური მნიშვნელობა : სპეციფიკური სითბური სიმძლავრე გვიჩვენებს, თუ რა რაოდენობით იცვლება ნივთიერების 1გ (კგ) შიდა ენერგია 1 გრადუსით გაცხელების ან გაგრილებისას.

მოდით გადავხედოთ ზოგიერთი ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის ცხრილს.

პრობლემას ანალიტიკურად ვაგვარებთ

რამდენი სითბოა საჭირო ერთი ჭიქა წყლის (200 გრ) 20 0-დან 70 0 C-მდე გასათბობად.

1 გ-ზე 1 გ გასათბობად საჭიროა 4,2 ჯ.

ხოლო 200 გ 1 გ-ით გაცხელებას დასჭირდება 200 მეტი - 200 * 4,2 ჯ.

და 200 გ გაცხელებას (70 0 -20 0) დასჭირდება კიდევ (70-20) მეტი - 200 * (70-20) * 4.2 ჯ.

მონაცემების ჩანაცვლებით ვიღებთ Q = 200 * 50 * 4.2 J = 42000 J.

დავწეროთ მიღებული ფორმულა შესაბამისი რაოდენობების მიხედვით

4. რა განსაზღვრავს სხეულის მიერ გაცხელებისას მიღებული სითბოს რაოდენობას?

გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ნებისმიერი სხეულის გასათბობად საჭირო სითბოს რაოდენობა სხეულის მასისა და მისი ტემპერატურის ცვლილების პროპორციულია.

არის ორი თანაბარი მასის ცილინდრი: რკინა და სპილენძი. სითბოს იგივე რაოდენობაა საჭირო მათი გასათბობად იგივე რაოდენობის გრადუსი? რატომ?

რა რაოდენობის სითბოა საჭირო 250 გ წყლის გასათბობად 20 o-დან 60 0 C-მდე.

რა კავშირია კალორიასა და ჯოულს შორის?

კალორია არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გრ წყლის 1 გრადუსით გასათბობად.

1 კალ = 4,19 = 4,2 ჯ

1კკალ=1000კალ

1კკალ=4190ჯ=4200ჯ

3. პრობლემის გადაჭრა. 28 წთ.

თუ მდუღარე წყალში გახურებულ ტყვიის, კალის და ფოლადის 1 კგ მასის ცილინდრებს დადებენ ყინულზე, ისინი გაცივდებიან და მათ ქვეშ არსებული ყინულის ნაწილი დნება. როგორ შეიცვლება ცილინდრების შიდა ენერგია? რომელ ცილინდრის ქვეშ დნება? მეტი ყინული, რომლის ქვეშ – ნაკლები?

გახურებული ქვა 5 კგ. წყალში 1 გრადუსით გაცივებისას მას 2,1 კჯ ენერგია გადააქვს. რა არის ქვის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა?

ჩიზლის გამკვრივებისას ჯერ აცხელებდნენ 650 0-მდე, შემდეგ ასველებდნენ ზეთში, სადაც გაცივდნენ 50 0 C-მდე. რა რაოდენობის სითბო გამოიყოფოდა, თუ მისი მასა იყო 500 გრამი.

რამდენი სითბო იქნა გამოყენებული კომპრესორის ამწე ლილვის ფოლადის ბლანკის გასათბობად, რომლის წონაა 35 კგ 20 0-დან 1220 0 C-მდე.

დამოუკიდებელი მუშაობა

რა ტიპის სითბოს გადაცემა?

მოსწავლეები ავსებენ ცხრილს.

1. ოთახში ჰაერი თბება კედლების მეშვეობით.
2. მეშვეობით ღია ფანჯარა, რომელშიც თბილი ჰაერი შედის.
3. შუშის საშუალებით, რომელიც მზის სხივებს უშვებს.
4. დედამიწა მზის სხივებით თბება.
5. სითხე თბება ღუმელზე.
6. ფოლადის კოვზი თბება ჩაით.
7. ჰაერი თბება სანთლით.
8. გაზი მოძრაობს მანქანის საწვავის წარმომქმნელ ნაწილებთან.
9. ტყვიამფრქვევის ლულის გათბობა.
10. მდუღარე რძე.

5. Საშინაო დავალება: პერიშკინი A.V. „ფიზიკა 8“ § §7, 8; ამოცანების კრებული 7-8 ლუკაშიკი ვ.ი. No 778-780, 792,793 2 წთ.