Дулааны хэмжээ. Хичээлийн сэдэв: "Дулааны хэмжээ. Дулааны хэмжээний нэгж. Хувийн дулаан багтаамж. Дулааны хэмжээг тооцоолох"
Биеийн дотоод энерги нь гадны хүчний үйл ажиллагааны улмаас өөрчлөгдөж болно. Дулаан дамжуулах явцад дотоод энергийн өөрчлөлтийг тодорхойлохын тулд дулааны хэмжээ гэж нэрлэгддэг хэмжигдэхүүнийг Q гэж тэмдэглэсэн.
IN олон улсын системДулааны нэгж, түүнчлэн ажил, энерги нь жоуль юм: = = = 1 Ж.
Практикт дулааны хэмжигдэхүүний системийн бус нэгжийг заримдаа ашигладаг - калори. 1 кал. = 4.2 Ж.
"Дулааны хэмжээ" гэсэн нэр томъёо нь харамсалтай гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Бие махбодид жингүй, баригдашгүй шингэн - илчлэг байдаг гэж үздэг байсан тэр үед үүнийг нэвтрүүлсэн. Дулаан солилцооны үйл явц нь нэг биеэс нөгөөд урсаж буй илчлэг нь тодорхой хэмжээний дулааныг авч явдагтай холбоотой гэж үздэг. Одоо материйн бүтцийн молекул-кинетик онолын үндсийг мэдсэнээр бие махбодид илчлэг байдаггүй, биеийн дотоод энергийг өөрчлөх механизм нь өөр гэдгийг бид ойлгож байна. Гэсэн хэдий ч уламжлалын хүч агуу бөгөөд бид дулааны мөн чанарын тухай буруу ойлголтын үндсэн дээр нэвтрүүлсэн нэр томъёог ашигласаар байна. Үүний зэрэгцээ дулаан дамжуулалтын мөн чанарыг ойлгохын тулд энэ талаархи буруу ойлголтыг үл тоомсорлож болохгүй. Үүний эсрэгээр, дулааны урсгал ба илчлэгийн шингэний урсац, дулааны хэмжээ, илчлэгийн хэмжээ хоёрын хооронд зүйрлэснээр тодорхой ангиллын асуудлыг шийдвэрлэхдээ явагдаж буй үйл явцыг зөв дүрслэн харуулах боломжтой болно. асуудлуудыг шийдвэрлэх. Эцсийн эцэст, дулаан дамжуулагчийн илчлэгийн талаархи буруу санаан дээр үндэслэн дулаан дамжуулах үйл явцыг тодорхойлсон зөв тэгшитгэлийг олж авсан.
Дулааны солилцооны үр дүнд үүсч болох үйл явцыг илүү нарийвчлан авч үзье.
Туршилтын хоолойд бага зэрэг ус хийнэ, таглаагаар таглана. Бид туршилтын хоолойг тавиур дээр бэхэлсэн саваанаас өлгөж, доор нь ил галыг байрлуулна. Туршилтын хоолой нь дөлөөс тодорхой хэмжээний дулааныг хүлээн авч, доторх шингэний температур нэмэгддэг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр шингэний дотоод энерги нэмэгддэг. Ууршилтын эрчимтэй үйл явц явагддаг. Өргөтгөх шингэн уур үүсгэнэ механик ажилтуршилтын хоолойноос таглаа түлхэх замаар.
Тэргэнцэр дээр суурилуулсан гуулин хоолойгоор хийсэн их бууны загвар дээр дахин нэг туршилт хийцгээе. Нэг талдаа хоолойг эбонит залгуураар сайтар хааж, тээглүүр дамжуулдаг. Утаснууд нь зүү ба хоолойд гагнаж, гэрэлтүүлгийн сүлжээнээс хүчдэлийг нийлүүлэх терминалуудаар төгсдөг. Тиймээс их бууны загвар нь цахилгаан уурын зуухны нэг төрөл юм.
 |
Их бууны торхонд бага зэрэг ус хийнэ, хоолойг резинэн таглаагаар хаа. Бууг тэжээлийн эх үүсвэрт холбоно. Цахилгаан, усаар дамжин өнгөрч, түүнийг халаана. Ус буцалгах бөгөөд энэ нь эрчимтэй уур үүсэхэд хүргэдэг. Усны уурын даралт нэмэгдэж, эцэст нь тэд залгуурыг бууны торноос гаргах ажлыг гүйцэтгэдэг.
Буу нь ухрахаас болж залгуурыг гадагшлуулахын эсрэг чиглэлд эргэлддэг.
Хоёр туршлагыг дараахь нөхцөл байдал нэгтгэдэг. Шингэнийг халаах явцад янз бүрийн арга замууд, шингэний температур, үүний дагуу түүний дотоод энерги нэмэгдсэн. Шингэнийг эрчимтэй буцалгаж, ууршуулахын тулд үргэлжлүүлэн халаах шаардлагатай байв.
Шингэн уур нь дотоод энергийн улмаас механик ажил гүйцэтгэдэг.
 |
Биеийг халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ нь түүний масс, температурын өөрчлөлт, бодисын төрлөөс хамаарах эсэхийг судалж байна. Эдгээр хамаарлыг судлахын тулд бид ус, тосыг ашиглана. (Туршилтанд температурыг хэмжихийн тулд толин тусгал гальванометрт холбогдсон термопараар хийсэн цахилгаан термометрийг ашигладаг. Термопарын нэг уулзварыг сав руу буулгав. хүйтэн устүүний температурыг тогтмол байлгахын тулд. Термопарын нөгөө уулзвар нь туршиж буй шингэний температурыг хэмждэг).
Туршлага нь гурван цувралаас бүрдэнэ. Эхний цувралд тодорхой шингэний тогтмол массын хувьд (манай тохиолдолд ус) түүнийг халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ нь температурын өөрчлөлтөөс хамаарахыг судалдаг. Халаагч (цахилгаан зуух) -аас шингэний хүлээн авсан дулааны хэмжээг бид тэдгээрийн хооронд шууд хамааралтай гэж үзэн халаах хугацаанд нь шүүнэ. пропорциональ хамаарал. Туршилтын үр дүн энэ таамаглалд нийцэхийн тулд цахилгаан зуухнаас халаасан бие рүү тогтмол дулааны урсгалыг хангах шаардлагатай. Үүнийг хийхийн тулд цахилгаан зуухыг урьдчилан асаасан бөгөөд туршилтын эхэн үед түүний гадаргуугийн температур өөрчлөгдөхгүй болно. Туршилтын явцад шингэнийг жигд халаахын тулд бид өөрөө термопар ашиглан хутгана. Бид термометрийн заалтыг гэрлийн цэг нь хуваарийн ирмэг дээр хүрэх хүртэл тогтмол давтамжтайгаар тэмдэглэнэ.
Биеийг халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ ба түүний температурын өөрчлөлтийн хооронд шууд пропорциональ хамаарал байдаг гэдгийг дүгнэж үзье.
Хоёр дахь цуврал туршилтаар бид өөр өөр масстай ижил шингэнийг температур нь ижил хэмжээгээр өөрчлөх үед халаахад шаардагдах дулааны хэмжээг харьцуулах болно.
Хүлээн авсан утгыг харьцуулахад тохиромжтой байхын тулд хоёр дахь туршилтын усны массыг эхний туршилтаас хоёр дахин бага байхаар авна.
Бид термометрийн заалтыг тогтмол давтамжтайгаар дахин бүртгэх болно.
Эхний болон хоёр дахь туршилтын үр дүнг харьцуулж үзвэл дараах дүгнэлтийг гаргаж болно.
Гурав дахь цуврал туршилтаар бид температур нь ижил хэмжээгээр өөрчлөгдөх үед ижил масстай өөр өөр шингэнийг халаахад шаардагдах дулааны хэмжээг харьцуулах болно.
Бид цахилгаан зууханд тосыг халаах бөгөөд эхний туршилтын масс нь усны масстай тэнцүү байна. Бид термометрийн заалтыг тогтмол хугацаанд бүртгэнэ.
Туршилтын үр дүн нь биеийг халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ нь түүний температурын өөрчлөлттэй шууд пропорциональ байна гэсэн дүгнэлтийг баталж байгаа бөгөөд үүнээс гадна энэ дулааны хэмжээ нь тухайн бодисын төрлөөс хамааралтай болохыг харуулж байна.
Туршилтанд нягт нь усны нягтралаас бага тосыг ашигласан бөгөөд тосыг тодорхой температурт халаахад ус халаахаас бага дулаан шаардагддаг тул биеийг халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ нь түүний хэмжээнээс хамаарна гэж үзэж болно. нягтрал.
Энэ таамаглалыг шалгахын тулд бид тэнцүү масстай ус, парафин, зэсийг тогтмол цахилгаан халаагуур дээр нэгэн зэрэг халаана.
Үүний дараа зэсийн температур ойролцоогоор 10 дахин, парафин нь усны температураас ойролцоогоор 2 дахин их байдаг.
Гэхдээ зэс нь уснаас илүү нягтралтай, парафин нь бага нягттай байдаг.
Туршлагаас харахад дулааны солилцоонд оролцдог биетүүдээс үүссэн бодисын температурын өөрчлөлтийн хурдыг тодорхойлдог хэмжигдэхүүн нь нягтрал биш юм. Энэ хэмжигдэхүүнийг бодисын хувийн дулаан багтаамж гэж нэрлэх ба c үсгээр тэмдэглэнэ.
 |
Янз бүрийн бодисын дулааны тусгай багтаамжийг харьцуулахын тулд тусгай төхөөрөмжийг ашигладаг. Энэхүү төхөөрөмж нь нимгэн парафин хавтан ба түүгээр дамжуулсан саваа бүхий туузыг бэхэлсэн тавиуруудаас бүрдэнэ. Ижил масстай хөнгөн цагаан, ган, гуулин цилиндрийг саваагийн төгсгөлд бэхэлсэн.
Цилиндрүүдийг халуун пийшин дээр зогсож байгаа устай саванд дүрж ижил температурт халаацгаая. Бид халуун цилиндрийг тавиур дээр бэхэлж, бэхэлгээнээс нь суллана. Цилиндрүүд парафины хавтан дээр нэгэн зэрэг хүрч, парафиныг хайлуулж, дотор нь живж эхэлдэг. Температур нь ижил хэмжээгээр өөрчлөгдөхөд ижил масстай цилиндрийг парафин хавтан руу дүрэх гүн өөр байна.
Туршлагаас харахад хөнгөн цагаан, ган, гууль зэрэг дулааны тусгай хүчин чадал өөр өөр байдаг.
Хайлуулах талаар зохих туршилтуудыг хийсэн хатуу бодис, шингэний ууршилт, түлшний шаталт нь бид дараах тоон хамаарлыг олж авдаг.
Тодорхой хэмжигдэхүүний нэгжийг олж авахын тулд тэдгээрийг харгалзах томьёогоор илэрхийлж, үүссэн илэрхийлэлд дулааны нэгжийг - 1 Дж, масс - 1 кг, дулааны хувийн багтаамжийн хувьд - 1 К-ийг орлуулах шаардлагатай.
Бид дараах нэгжүүдийг авна: дулааны хувийн багтаамж – 1 Ж/кг·К, бусад хувийн дулаан: 1 Ж/кг.
Ажил гүйцэтгэх эсвэл дулаан дамжуулах үед биеийн дотоод энерги өөрчлөгддөг. Дулаан дамжуулалтын үзэгдэлд дотоод энерги нь дамжуулалт, конвекц эсвэл цацраг туяагаар дамждаг.
Бие бүр халаах эсвэл хөргөх үед (дулаан дамжуулалтаар) тодорхой хэмжээний энерги олж авдаг эсвэл алддаг. Үүний үндсэн дээр ийм хэмжээний эрчим хүчийг дулааны хэмжээ гэж нэрлэдэг заншилтай байдаг.
Тэгэхээр, дулааны хэмжээ нь дулаан дамжуулах үйл явцын явцад биеийн өгч эсвэл хүлээн авдаг энерги юм.
Ус халаахад хэр их дулаан хэрэгтэй вэ? Асаалттай энгийн жишээӨөр өөр хэмжээний ус халаахад өөр өөр дулаан шаардагдана гэдгийг та ойлгож болно. Бид 1 литр ус, 2 литр устай хоёр туршилтын хоолой авъя гэж бодъё. Ямар тохиолдолд илүү их дулаан шаардагдах вэ? Хоёр дахь нь туршилтын хоолойд 2 литр ус байгаа газар. Хоёр дахь туршилтын хоолойг ижил галын эх үүсвэрээр халаахад удаан хугацаа шаардагдана.
Тиймээс дулааны хэмжээ нь биеийн жингээс хамаарна. Масс их байх тусам халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ их байх ба үүний дагуу биеийг хөргөхөд удаан хугацаа шаардагдана.
Дулааны хэмжээ өөр юунаас хамаардаг вэ? Мэдээжийн хэрэг, биеийн температурын зөрүүгээс. Гэхдээ энэ нь бүгд биш юм. Эцсийн эцэст, хэрэв бид ус эсвэл сүүг халаахыг оролдвол өөр өөр цаг хугацаа хэрэгтэй болно. Өөрөөр хэлбэл, дулааны хэмжээ нь бие махбодоос бүрдэх бодисоос хамаардаг.
Үүний үр дүнд халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ эсвэл биеийг хөргөх үед ялгарах дулааны хэмжээ нь түүний масс, температурын өөрчлөлт, бие махбодь байгаа бодисын төрлөөс хамаарна. бүрдсэн.
Дулааны хэмжээг хэрхэн хэмждэг вэ?
Ард нь дулааны нэгжүүнийг ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрдөг 1 Жоуль. Эрчим хүчний хэмжилтийн нэгж гарч ирэхээс өмнө эрдэмтэд дулааны хэмжээг калори гэж үздэг байв. Энэ хэмжих нэгжийг ихэвчлэн "J" гэж товчилдог.
Калори- энэ нь 1 грамм усыг Цельсийн 1 градусаар халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ юм. Калорийн хэмжилтийн товчилсон хэлбэр нь "кал" юм.
1 кал = 4.19 Ж.
Эдгээр эрчим хүчний нэгжүүдэд үүнийг тэмдэглэх нь заншилтай болохыг анхаарна уу хоол тэжээлийн үнэ цэнэхүнсний бүтээгдэхүүн кДж ба ккал.
1 ккал = 1000 калори.
1 кЖ = 1000 Ж
1 ккал = 4190 Дж = 4.19 кЖ
Хувийн дулаан багтаамж гэж юу вэ
Байгаль дахь бодис бүр өөрийн гэсэн шинж чанартай байдаг бөгөөд бие даасан бодис бүрийг халаахад өөр өөр эрчим хүч шаардагддаг, жишээлбэл. дулааны хэмжээ.
Тодорхой дулаанбодисууд- энэ нь 1 кг масстай биеийг 1 хэм хүртэл халаахад шаардагдах дулааны хэмжээтэй тэнцэх хэмжигдэхүүн юм. 0 С
Тусгай дулаан багтаамжийг c үсгээр тэмдэглэсэн бөгөөд хэмжилтийн утга нь Ж/кг байна*
Жишээлбэл, усны хувийн дулаан багтаамж нь 4200 Ж/кг* 0 C. Энэ нь 1 кг ус руу 1 дахин халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ юм. 0 С
Нэгтгэлийн янз бүрийн төлөвт байгаа бодисын тодорхой дулааны багтаамж өөр өөр байдаг гэдгийг санах нь зүйтэй. Өөрөөр хэлбэл, мөсийг 1-ээр халаана 0 C нь өөр хэмжээний дулаан шаардагдана.
Биеийг халаах дулааны хэмжээг хэрхэн тооцоолох вэ
Жишээлбэл, 3 кг усыг 15 хэмээс халаахад шаардагдах дулааны хэмжээг тооцоолох шаардлагатай. 0 С хүртэл 85 хэм хүртэл 0 C. Усны хувийн дулаан багтаамж, өөрөөр хэлбэл 1 кг усыг 1 градусаар халаахад шаардагдах энергийн хэмжээг бид мэднэ. Өөрөөр хэлбэл, манай тохиолдолд дулааны хэмжээг мэдэхийн тулд та усны хувийн дулааны багтаамжийг 3-аар үржүүлж, усны температурыг нэмэгдүүлэхийг хүсч буй градусын тоогоор үржүүлэх хэрэгтэй. Тэгэхээр 4200*3*(85-15) = 882,000 болно.
Хаалтанд бид тодорхой тооны градусыг тооцоолж, эцсийн үр дүнгээс эхний үр дүнг хасна
Тиймээс 3 кг усыг 15-аас 85 хүртэл халаахын тулд 0 C, бидэнд 882,000 Ж дулаан хэрэгтэй.
Дулааны хэмжээг Q үсгээр тэмдэглэсэн бөгөөд үүнийг тооцоолох томъёо нь дараах байдалтай байна.
Q=c*m*(t 2 -t 1).
Асуудлын дүн шинжилгээ, шийдэл
Асуудал 1. 0.5 кг усыг 20-50 хүртэл халаахад хэр их дулаан шаардагддаг 0 С
Өгөгдсөн:
м = 0.5 кг.,
s = 4200 Ж/кг* 0 С,
t 1 = 20 0 С,
t 2 = 50 0 C.
Бид хүснэгтээс тодорхой дулааны багтаамжийг тодорхойлсон.
Шийдэл:
2 -т 1).
Утгыг орлуулах:
Q=4200*0.5*(50-20) = 63000 Ж = 63 кЖ.
Хариулт: Q=63 кЖ.
Даалгавар 2. 0.5 кг жинтэй хөнгөн цагаан баарыг 85-аар халаахад ямар хэмжээний дулаан шаардлагатай вэ 0 С?
Өгөгдсөн:
м = 0.5 кг.,
s = 920 Ж/кг* 0 С,
t 1 = 0 0 C,
t 2 = 85 0 C.
Шийдэл:
дулааны хэмжээг Q=c*m*(t.) томъёогоор тодорхойлно 2 -т 1).
Утгыг орлуулах:
Q=920*0.5*(85-0) = 39,100 Ж = 39,1 кЖ.
Хариулт: Q= 39.1 кЖ.
Мэдэгдэж байгаагаар янз бүрийн механик процессын явцад механик энерги өөрчлөгддөг. Механик энергийн өөрчлөлтийн хэмжүүр нь системд хэрэглэсэн хүчний ажил юм.
Дулаан солилцооны үед биеийн дотоод энерги өөрчлөгддөг. Дулаан дамжуулах явцад дотоод энергийн өөрчлөлтийн хэмжүүр нь дулааны хэмжээ юм.
Дулааны хэмжээЭнэ нь дулаан солилцооны явцад бие махбодийн хүлээн авах (эсвэл өгөх) дотоод энергийн өөрчлөлтийн хэмжүүр юм.
Тиймээс ажил болон дулааны хэмжээ хоёулаа энергийн өөрчлөлтийг тодорхойлдог боловч энергитэй ижил биш юм. Эдгээр нь системийн төлөв байдлыг өөрөө тодорхойлдоггүй, харин төлөв байдал өөрчлөгдөх үед энерги нь нэг төрлөөс нөгөөд (нэг биеэс нөгөөд) шилжих үйл явцыг тодорхойлдог бөгөөд үйл явцын шинж чанараас ихээхэн хамаардаг.
Ажил ба дулааны хэмжээ хоёрын гол ялгаа нь ажил нь системийн дотоод энергийг өөрчлөх үйл явцыг тодорхойлдог бөгөөд энергийг нэг төрлөөс нөгөөд (механикаас дотоод руу) хувиргах үйл явц юм. Дулааны хэмжээ нь дотоод энергийг нэг биеэс нөгөө бие рүү (илүү халсанаас бага халсан руу) шилжүүлэх үйл явцыг тодорхойлдог бөгөөд эрчим хүчний хувирал дагалддаггүй.
Туршлагаас харахад m масстай биеийг температураас температур хүртэл халаахад шаардагдах дулааны хэмжээг томъёогоор тооцоолдог.
энд c нь бодисын хувийн дулаан багтаамж;
Хувийн дулаан багтаамжийн SI нэгж нь кг Келвин (J/(кг К)) тутамд жоуль юм.
Тодорхой дулаан c нь 1 кг жинтэй биеийг 1 К-ээр халаахын тулд түүнд өгөх дулааны хэмжээтэй тэнцүү байна.
Дулааны багтаамжбие нь биеийн температурыг 1 К-ээр өөрчлөхөд шаардагдах дулааны хэмжээтэй тэнцүү байна.
Биеийн дулаан багтаамжийн SI нэгж нь Келвин тутамд Жоуль (J/K) юм.
Тогтмол температурт шингэнийг уур болгон хувиргахын тулд тодорхой хэмжээний дулаан зарцуулах шаардлагатай
Энд L нь ууршилтын хувийн дулаан юм. Уур өтгөрүүлэх үед ижил хэмжээний дулаан ялгардаг.
m масстай талст биеийг хайлах температурт хайлуулахын тулд биед тодорхой хэмжээний дулаан өгөх шаардлагатай.
хайлалтын хувийн дулаан хаана байна. Бие талстжих үед ижил хэмжээний дулаан ялгардаг.
m масстай түлшийг бүрэн шатаах үед ялгарах дулааны хэмжээ,
Энд q нь шаталтын хувийн дулаан юм.
Ууршилт, хайлах, шатаах тусгай дулааны SI нэгж нь килограмм тутамд жоуль (Ж/кг) юм.
Манай нийтлэлийн гол зүйл бол дулааны хэмжээ юм. Энэ хэмжигдэхүүн өөрчлөгдөхөд өөрчлөгддөг дотоод энергийн тухай ойлголтыг авч үзэх болно. Мөн бид хүний үйл ажиллагаанд тооцоолол ашиглах зарим жишээг үзүүлэх болно.
Дулаан
Хүн бүр төрөлх хэл дээрх ямар ч үгтэй өөрийн гэсэн холбоотой байдаг. Тэд шийдэмгий байдаг хувийн туршлагамөн үндэслэлгүй мэдрэмжүүд. "Халуун" гэдэг үгийг сонсоход танд ихэвчлэн юу бодогддог вэ? Зөөлөн хөнжил, өвлийн улиралд ажилладаг төвлөрсөн халаалтын радиатор, хаврын анхны нарны гэрэл, муур. Эсвэл ээжийн харц, найзынхаа тайвшруулах үг, цаг тухайд нь анхаарал тавих.
Физикчид үүгээрээ маш тодорхой нэр томъёог хэлдэг. Мөн маш чухал, ялангуяа энэ нарийн төвөгтэй боловч сонирхолтой шинжлэх ухааны зарим хэсэгт.
Термодинамик
Эрчим хүчийг хадгалах хууль дээр үндэслэсэн хамгийн энгийн процессуудаас тусад нь дулааны хэмжээг авч үзэх нь үнэ цэнэтэй зүйл биш юм - юу ч тодорхойгүй болно. Тиймээс эхлээд тэдний тухай уншигчдадаа сануулъя.
Термодинамик аливаа зүйл, объектыг маш их зүйл гэж үздэг их хэмжээгээрэнгийн хэсгүүд - атом, ион, молекул. Түүний тэгшитгэлүүд нь макропараметрүүд өөрчлөгдөхөд системийн хамтын төлөвийн аливаа өөрчлөлтийг бүхэлд нь болон бүхэлд нь нэг хэсэг болгон тодорхойлдог. Сүүлийнх нь температур (T гэж тэмдэглэгдсэн), даралт (P), бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентраци (ихэвчлэн C) гэсэн утгатай.
Дотоод энерги
Дотоод энерги гэдэг нь нэлээд төвөгтэй нэр томъёо бөгөөд дулааны хэмжээг ярихаас өмнө утгыг нь ойлгох хэрэгтэй. Энэ нь объектын макропараметрийн утга өсөх, буурах үед өөрчлөгдөх энергийг илэрхийлдэг бөгөөд лавлагааны системээс хамаардаггүй. нэг хэсэг юм нийт эрчим хүч. Энэ нь судалж буй зүйлийн массын төв амарч байгаа нөхцөлд (өөрөөр хэлбэл кинетик бүрэлдэхүүн хэсэг байхгүй) үүнтэй давхцдаг.
Хүн ямар нэгэн объект (унадаг дугуй гэх мэт) дулаарч, хөргөж байгааг мэдрэх үед энэ нь тухайн системийг бүрдүүлдэг бүх молекул, атомуудын дотоод энерги өөрчлөгдсөнийг илтгэнэ. Гэсэн хэдий ч тогтмол температур нь энэ үзүүлэлтийг хадгалах гэсэн үг биш юм.
Ажил, дулаан
Аливаа термодинамик системийн дотоод энергийг хоёр аргаар хувиргаж болно.
- үүн дээр ажил хийснээр;
- хүрээлэн буй орчинтой дулаан солилцооны үед.
Энэ үйл явцын томъёо дараах байдалтай байна.
dU=Q-A, энд U нь дотоод энерги, Q нь дулаан, А нь ажил.
Үг хэллэгийн энгийн байдалд уншигч та битгий хууртаарай. Дахин зохион байгуулалт нь Q=dU+A гэдгийг харуулж байгаа боловч энтропи (S)-ийг оруулснаар томьёог dQ=dSxT хэлбэрт авчирдаг.
Энэ тохиолдолд тэгшитгэл нь дифференциал хэлбэртэй байдаг тул эхний илэрхийлэлд ижил зүйлийг шаарддаг. Дараа нь судалж буй объектод үйлчилж буй хүч, тооцоолж буй параметрээс хамааран шаардлагатай харьцааг гаргана.
Термодинамик системийн жишээ болгон металл бөмбөгийг авч үзье. Хэрэв та түүн дээр дарж, бөөлжиж, гүний худаг руу унагавал энэ нь түүн дээр ажиллаж байна гэсэн үг юм. Гаднах байдлаар эдгээр бүх хор хөнөөлгүй үйлдэл нь бөмбөгөнд ямар ч хор хөнөөл учруулахгүй, гэхдээ түүний дотоод энерги бага зэрэг өөрчлөгдөх болно.
Хоёр дахь арга бол дулаан солилцоо юм. Одоо бид энэ өгүүллийн гол зорилгод хүрч ирлээ: дулааны хэмжээ ямар байдаг тухай тайлбар. Энэ нь дулааны солилцооны явцад үүсдэг термодинамик системийн дотоод энергийн өөрчлөлт юм (дээрх томьёог харна уу). Энэ нь жоуль эсвэл калориор хэмжигддэг. Хэрэв та бөмбөгийг асаагуур дээр, наранд эсвэл зүгээр л бүлээн гарт барьвал халах нь ойлгомжтой. Дараа нь та температурын өөрчлөлтийг ашиглан түүнд өгсөн дулааны хэмжээг олох боломжтой.
Яагаад хий бол дотоод энергийн өөрчлөлтийн хамгийн сайн жишээ бөгөөд үүнээс болж сургуулийн сурагчид яагаад физикт дургүй байдаг вэ?
Дээр бид металл бөмбөлгийн термодинамик параметрүүдийн өөрчлөлтийг тайлбарласан. Тусгай төхөөрөмжгүйгээр тэдгээр нь тийм ч мэдэгдэхүйц биш бөгөөд уншигч зөвхөн тухайн объектод тохиолдож буй үйл явцын тухай үгийг авч болно. Хэрэв систем нь хий юм бол энэ нь өөр асуудал юм. Үүн дээр дараарай - энэ нь харагдах болно, халаах болно - даралт нэмэгдэж, газар доор буулгах болно - үүнийг хялбархан бичиж болно. Тиймээс сурах бичигт хийг ихэвчлэн харааны термодинамик систем болгон ашигладаг.
Гэвч харамсалтай нь, дотор орчин үеийн боловсролБодит туршилтуудад тийм ч их анхаарал хандуулдаггүй. Бичдэг эрдэмтэн Хэрэгслийн хэрэгсэл, эрсдэлд юу байгааг төгс ойлгодог. Хийн молекулуудын жишээг ашиглан бүх термодинамик параметрүүдийг зохих ёсоор харуулах болно гэж түүнд санагдаж байна. Харин энэ ертөнцийг дөнгөж нээж буй оюутан онолын поршений хамгийн тохиромжтой колбоны тухай сонсоод уйддаг. Сургууль жинхэнэ судалгааны лабораторитой, тэнд ажиллах цагийг хуваарилдаг байсан бол байдал өөр байх байсан. Одоогоор харамсалтай нь туршилтууд зөвхөн цаасан дээр л байна. Магадгүй энэ нь хүмүүс физикийн энэ салбарыг цэвэр онолын, амьдралаас хол, шаардлагагүй зүйл гэж үздэгтэй холбоотой юм.
Тиймээс бид дээр дурдсан дугуйг жишээ болгон ашиглахаар шийдсэн. Хүн дөрөө дээр дарж, дээр нь ажилладаг. Бүхэл бүтэн механизмд эргүүлэх хүчийг өгөхөөс гадна (унадаг дугуй нь орон зайд хөдөлдөг) хөшүүргийг хийсэн материалын дотоод энерги өөрчлөгддөг. Дугуйчин эргүүлэхийн тулд бариулыг дарж, дахин ажлаа хийнэ.
Гаднах бүрхүүлийн дотоод энерги (хуванцар эсвэл металл) нэмэгддэг. Хүн хурц нарны дор хээрийн талбайд гарч ирдэг - унадаг дугуй халж, дулааны хэмжээ өөрчлөгддөг. Хуучин царс модны сүүдэрт амрахаа зогсоож, систем нь хөргөж, калори эсвэл жоуль алддаг. Хурд нэмэгддэг - эрчим хүчний солилцоо нэмэгддэг. Гэсэн хэдий ч эдгээр бүх тохиолдолд дулааны хэмжээг тооцоолох нь маш бага, үл мэдэгдэх утгыг харуулах болно. Тиймээс термодинамик физикийн илрэлүүд нь жинхэнэ амьдралҮгүй
Дулааны хэмжээг өөрчлөх тооцооны хэрэглээ
Уншигч энэ бүхэн их хүмүүжлийн чанартай гэж хэлэх байх, гэтэл бид яагаад ийм томьёогоор сургууль дээрээ ингэж тарчлаана вэ? Одоо бид хүний үйл ажиллагааны аль салбарт тэд шууд хэрэгцээтэй байдаг, энэ нь тэдний өдөр тутмын амьдралд хэн нэгэнд хэрхэн хамаатай болохыг жишээ болгон өгөх болно.
Эхлээд эргэн тойрноо хараад тоол: хэр олон металл зүйл таныг хүрээлж байна вэ? Арав гаруй байх магадлалтай. Гэхдээ цаасны хавчаар, сүйх тэрэг, бөгж, флаш диск болохын өмнө аливаа металл хайлуулах ажилд ордог. Төмрийн хүдэр гэх мэт боловсруулдаг үйлдвэр бүр зардлыг оновчтой болгохын тулд хэр их түлш шаардагдахыг ойлгох ёстой. Үүнийг тооцоолохдоо бүх технологийн процесс явагдахын тулд металл агуулсан түүхий эдийн дулааны хүчин чадал, түүнд өгөх дулааны хэмжээг мэдэх шаардлагатай. Түлшний нэгжээс ялгарах энергийг жоуль эсвэл калориор тооцдог тул томъёог шууд авах шаардлагатай.
Эсвэл өөр нэг жишээ: ихэнх супермаркетууд хөлдөөсөн бараа, загас, мах, жимс бүхий тасагтай байдаг. Амьтны мах, далайн гаралтай түүхий эдийг хагас боловсруулсан бүтээгдэхүүн болгон хувиргах тохиолдолд хөргөх, хөлдөөх төхөөрөмж тонн эсвэл бэлэн бүтээгдэхүүнд хэр их цахилгаан зарцуулдаг болохыг мэддэг байх ёстой. Үүнийг хийхийн тулд нэг кг гүзээлзгэнэ эсвэл далайн амьтан нэг градусаар хөргөхөд хэр их дулаан алддагийг тооцоолох хэрэгтэй. Эцсийн эцэст энэ нь тодорхой хүчин чадалтай хөлдөөгч хэр их цахилгаан хэрэглэхийг харуулах болно.
Онгоц, усан онгоц, галт тэрэг
Дээр бид тодорхой хэмжээний дулаан өгдөг, эсвэл эсрэгээрээ тодорхой хэмжээний дулааныг авдаг харьцангуй хөдөлгөөнгүй, хөдөлгөөнгүй объектуудын жишээг үзүүлэв. Ашиглалтын явцад температур байнга өөрчлөгдөж байдаг объектын хувьд дулааны хэмжээг тооцоолох нь өөр нэг шалтгааны улмаас чухал ач холбогдолтой юм.
"Металлын ядаргаа" гэж нэг зүйл байдаг. Мөн температурын өөрчлөлтийн тодорхой хурдтай зөвшөөрөгдөх дээд ачааллыг багтаана. Агаарын чийглэг халуун орноос хөлдсөн дээд агаар мандалд хөөрч буй онгоцыг төсөөлөөд үз дээ. Температур өөрчлөгдөхөд металлын хагарлаас болж задрахгүйн тулд инженерүүд шаргуу ажиллах ёстой. Тэд бодит ачааллыг тэсвэрлэх чадвартай хайлшны найрлагыг эрэлхийлж, аюулгүй байдлын өндөр үзүүлэлттэй байдаг. Хүссэн найрлагадаа санамсаргүйгээр бүдрэх гэж найдаж сохроор хайхгүйн тулд та дулааны хэмжээг өөрчлөх зэрэг олон тооны тооцоолол хийх хэрэгтэй.
Сургалтын зорилго: Дулааны хэмжигдэхүүн ба хувийн дулаан багтаамжийн тухай ойлголтыг танилцуулах.
Хөгжлийн зорилго: Анхааралтай байдлыг төлөвшүүлэх; сэтгэх, дүгнэлт хийхийг заах.
1. Сэдвийг шинэчилж байна
2. Шинэ материалын тайлбар. 50 мин.
Биеийн дотоод энерги нь ажил хийх, дулаан дамжуулах (ажил хийхгүйгээр) хоёуланд нь өөрчлөгдөж болно гэдгийг та аль хэдийн мэдэж байсан.
Биеийн дулаан дамжуулах явцад олж авах эсвэл алдах энергийг дулааны хэмжээ гэнэ. (дэвтэрт бичих)
Энэ нь дулааны хэмжээг хэмжих нэгж нь бас Жоул гэсэн үг юм. Ж).
Бид туршилт хийдэг: нэг аяганд 300 г устай, нөгөө нь 150 грамм жинтэй, 150 грамм жинтэй төмөр цилиндрийг хоёуланг нь нэг хавтан дээр тавьдаг. Хэсэг хугацааны дараа термометрүүд нь биеийн байрладаг савны ус илүү хурдан халдаг болохыг харуулах болно.
Энэ нь 150 г төмрийг халаахад 150 г ус халаахаас бага дулаан шаарддаг гэсэн үг юм.
Бие махбодид дамждаг дулааны хэмжээ нь тухайн биеийг бий болгосон бодисын төрлөөс хамаарна. (дэвтэрт бичих)
Бид асуултыг санал болгож байна: ижил масстай, гэхдээ өөр өөр бодисуудаас бүрдэх биеийг ижил температурт халаахад ижил хэмжээний дулаан шаардлагатай юу?
Бид Tyndall-ийн төхөөрөмжтэй туршилт хийж, тодорхой дулааны багтаамжийг тодорхойлно.
Бид дүгнэж байна: өөр өөр бодисоос бүтсэн боловч ижил масстай биеийг хөргөх үед бууж өгөх ба ижил тооны градусаар халаахад өөр өөр дулаан шаардагдана.
Бид дүгнэлт гаргадаг:
1. Янз бүрийн бодисоос бүрдэх ижил масстай биеийг ижил температурт халаахад шаардлагатай өөр өөр тоо хэмжээдулаан.
2. Янз бүрийн бодисоос бүрдэх, ижил температурт халсан ижил масстай бие. Ижил тооны градусаар хөргөхөд өөр өөр дулаан ялгардаг.
Бид ингэж дүгнэж байна өөр өөр бодисын нэгж массыг нэг градусаар халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ харилцан адилгүй байна.
Бид тодорхой дулааны багтаамжийн тодорхойлолтыг өгдөг.
Температурыг 1 градусаар өөрчлөхийн тулд 1 кг жинтэй биед шилжүүлэх шаардлагатай дулааны хэмжээтэй тоогоор тэнцүү физик хэмжигдэхүүнийг бодисын хувийн дулаан багтаамж гэнэ.
Хувийн дулаан багтаамжийн хэмжих нэгжийг оруулна уу: 1Ж/кг*градус.
Энэ нэр томъёоны физик утга : Хувийн дулаан багтаамж нь 1г (кг) бодисыг 1 градусаар халаах буюу хөргөхөд түүний дотоод энерги ямар хэмжээгээр өөрчлөгдөхийг харуулдаг.
Зарим бодисын дулааны хувийн багтаамжийн хүснэгтийг харцгаая.
Бид асуудлыг аналитик байдлаар шийддэг
Нэг аяга ус (200 гр) 20 0-ээс 70 0 С хүртэл халаахад хэр их дулаан шаардагдана.
1 г тутамд 1 г халаахад 4.2 Дж шаардлагатай.
Мөн 200 г-ыг 1 граммаар халаахад 200 илүү хэрэгтэй болно - 200 * 4.2 Ж.
Мөн 200 г (70 0 -20 0) халаахад өөр (70-20) илүү хэрэгтэй болно - 200 * (70-20) * 4.2 Ж.
Өгөгдлийг орлуулснаар бид Q = 200 * 50 * 4.2 J = 42000 Ж болно.
Үүссэн томъёог харгалзах хэмжигдэхүүнээр бичье
4. Халах үед биеийн хүлээн авах дулааны хэмжээг юу тодорхойлдог вэ?
Аливаа биеийг халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ нь биеийн масс болон түүний температурын өөрчлөлттэй пропорциональ гэдгийг анхаарна уу.
Төмөр ба гууль гэсэн ижил масстай хоёр цилиндр байдаг. Тэднийг ижил тооны градусаар халаахад ижил хэмжээний дулаан шаардлагатай юу? Яагаад?
250 г усыг 20 хэмээс 60 0 С хүртэл халаахад ямар хэмжээний дулаан шаардлагатай вэ.
Калори ба жоуль хоёрын хооронд ямар хамааралтай вэ?
Калори гэдэг нь 1 г усыг 1 градусаар халаахад шаардагдах дулааны хэмжээ юм.
1 кал = 4.19 = 4.2 Ж
1ккал=1000кал
1ккал=4190Ж=4200Ж
3. Асуудлыг шийдвэрлэх. 28 мин.
Буцалж буй усанд халаасан 1 кг жинтэй хар тугалга, цагаан тугалга, гангийн цилиндрийг мөсөн дээр тавьбал тэдгээр нь хөргөж, доорх мөсний нэг хэсэг нь хайлдаг. Цилиндрийн дотоод энерги хэрхэн өөрчлөгдөх вэ? Энэ нь аль цилиндрийн дор хайлах вэ? илүү мөс, аль доор – бага?
5 кг жинтэй халсан чулуу. Усанд 1 градусаар хөргөж, түүнд 2.1 кЖ энерги шилжүүлдэг. Чулууны хувийн дулаан багтаамж хэд вэ?
Цүүцийг хатууруулахдаа эхлээд 650 0 хүртэл халааж, дараа нь тос болгон буулгаж, 50 0 С хүртэл хөргөж, масс нь 500 грамм бол ямар хэмжээний дулаан ялгарах вэ.
35 кг жинтэй компрессорын тахир голын ган хоосон зайг 20 0-ээс 1220 0 С хүртэл халаахад хэр их дулаан зарцуулсан бэ.
Бие даасан ажил
Ямар төрлийн дулаан дамжуулалт вэ?
Оюутнууд хүснэгтийг бөглөнө.
- Өрөөн доторх агаар нь ханаар дамжин халдаг.
- дамжуулан нээлттэй цонх, үүнд дулаан агаар ордог.
- Нарны туяа нэвтэрдэг шилээр.
- Дэлхий нарны туяанд халдаг.
- Шингэнийг зууханд халаана.
- Ган халбага нь цайгаар халаадаг.
- Агаарыг лаагаар халаана.
- Хий нь машины түлш үүсгэдэг хэсгүүдийн ойролцоо хөдөлдөг.
- Пулемётын торх халаах.
- Буцалж буй сүү.
5. Гэрийн даалгавар: Перышкин А.В. “Физик 8” § §7, 8; асуудлын цуглуулга 7-8 Лукашик В.И. No 778-780, 792,793 2 мин.