ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ગરમીની ક્ષમતાની વ્યાખ્યા. સંક્ષિપ્ત સૈદ્ધાંતિક માહિતી

કામ કરવાથી આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર એ કામની માત્રા દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે, એટલે કે. કાર્ય એ આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફારનું માપ છે આ પ્રક્રિયા. હીટ ટ્રાન્સફર દરમિયાન શરીરની આંતરિક ઉર્જામાં ફેરફાર ગરમીની માત્રા તરીકે ઓળખાતા જથ્થા દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે.

કામ કર્યા વિના હીટ ટ્રાન્સફરની પ્રક્રિયા દરમિયાન શરીરની આંતરિક ઊર્જામાં થતો ફેરફાર છે. ગરમીની માત્રા અક્ષર દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે પ્ર .

નોકરી, આંતરિક ઊર્જાઅને ગરમીનું પ્રમાણ સમાન એકમોમાં માપવામાં આવે છે - જ્યુલ્સ ( જે), કોઈપણ પ્રકારની ઊર્જાની જેમ.

થર્મલ માપનમાં, ઉર્જાનો એક વિશેષ એકમ અગાઉ ગરમીના જથ્થાના એકમ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતો હતો - કેલરી ( મળ), બરાબર 1 ગ્રામ પાણીને 1 ડિગ્રી સેલ્સિયસ ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ (વધુ સ્પષ્ટ રીતે, 19.5 થી 20.5 ° સે સુધી). આ એકમ, ખાસ કરીને, હાલમાં એપાર્ટમેન્ટ ઇમારતોમાં ગરમીના વપરાશ (થર્મલ ઊર્જા) ની ગણતરી કરતી વખતે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ગરમીની યાંત્રિક સમકક્ષ પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત કરવામાં આવી છે - કેલરી અને જૌલ વચ્ચેનો સંબંધ: 1 કેલ = 4.2 જે.

જ્યારે શરીર કામ કર્યા વિના ચોક્કસ માત્રામાં ગરમીનું પરિવહન કરે છે, ત્યારે તેની આંતરિક ઊર્જા વધે છે, જો શરીર ચોક્કસ માત્રામાં ગરમી આપે છે, તો તેની આંતરિક ઊર્જા ઘટે છે.

જો તમે બે સરખા વાસણોમાં 100 ગ્રામ પાણી એકમાં અને બીજામાં 400 ગ્રામ સમાન તાપમાને રેડો અને તેને સમાન બર્નર પર મૂકો, તો પ્રથમ વાસણમાં પાણી વહેલું ઉકળી જશે. આમ, કરતાં વધુ માસશરીર, તેથી વધુતેને ગરમ કરવા માટે ગરમીની જરૂર છે. તે ઠંડક સાથે સમાન છે.

શરીરને ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ પણ શરીર કયા પદાર્થમાંથી બને છે તેના પર આધાર રાખે છે. પદાર્થના પ્રકાર પર શરીરને ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીના જથ્થાની આ નિર્ભરતાને ભૌતિક જથ્થા દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે જેને કહેવાય છે. ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતા પદાર્થો

- આ ભૌતિક જથ્થો, 1 ° સે (અથવા 1 K) દ્વારા ગરમ કરવા માટે પદાર્થના 1 કિલોગ્રામને આપવામાં આવતી ગરમીની માત્રા જેટલી. જ્યારે 1 °C થી ઠંડુ થાય છે ત્યારે 1 કિલો પદાર્થ સમાન પ્રમાણમાં ગરમી છોડે છે.

ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતા અક્ષર દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે સાથે. ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતાનું એકમ છે 1 J/kg °Cઅથવા 1 J/kg °K.

પદાર્થોની વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતા પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે. પ્રવાહીમાં ધાતુઓ કરતાં ઊંચી વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતા હોય છે; પાણીમાં સૌથી વધુ વિશિષ્ટ ગરમી હોય છે, સોનામાં ખૂબ જ ઓછી વિશિષ્ટ ગરમી હોય છે.

ગરમીનું પ્રમાણ શરીરની આંતરિક ઊર્જામાં થતા ફેરફાર જેટલું જ હોવાથી, આપણે કહી શકીએ કે ચોક્કસ ગરમીની ક્ષમતા દર્શાવે છે કે આંતરિક ઊર્જામાં કેટલો ફેરફાર થાય છે. 1 કિ.ગ્રાપદાર્થ જ્યારે તેનું તાપમાન બદલાય છે 1 °સે. ખાસ કરીને, 1 કિલો સીસાની આંતરિક ઉર્જા જ્યારે 1 °C દ્વારા ગરમ થાય છે ત્યારે 140 J વધે છે અને જ્યારે ઠંડુ થાય છે ત્યારે 140 J જેટલો ઘટાડો થાય છે.

Q = c ∙ m (t 2 - t 1)

ઠંડક વખતે શરીર કેટલી ગરમી આપે છે તેની ગણતરી કરવા માટે સમાન સૂત્રનો ઉપયોગ થાય છે. ફક્ત આ કિસ્સામાં અંતિમ તાપમાન પ્રારંભિક તાપમાનમાંથી બાદ કરવું જોઈએ, એટલે કે. થી વધુ મૂલ્યઓછા તાપમાનને બાદ કરો.

આ વિષયનો સારાંશ છે "ગરમીની માત્રા. ચોક્કસ ગરમી". આગળ શું કરવું તે પસંદ કરો:

• આગલા સારાંશ પર જાઓ:

શરીરની ગરમી ક્ષમતાશારીરિક માત્રા એ શરીર દ્વારા શોષાયેલી ગરમીના પ્રમાણના ગુણોત્તર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે જ્યારે તેના તાપમાનમાં ફેરફારને ગરમ કરવામાં આવે છે:

શરીરની ગરમીની ક્ષમતાનો ભૌતિક અર્થ: શરીરની ઉષ્મા ક્ષમતા 1K દ્વારા ઠંડું કરવામાં આવે ત્યારે અથવા છોડવામાં આવે ત્યારે શરીર દ્વારા શોષાયેલી ગરમીની માત્રા જેટલી હોય છે.

ગરમીની ક્ષમતાઓ ચલ હોવાથી, સરેરાશ અને સાચી ઉષ્મા ક્ષમતાઓ વચ્ચે તફાવત કરવામાં આવે છે. સરેરાશ ગરમી ક્ષમતા એ ગરમીની માત્રાનો ગુણોત્તર છે q , પદાર્થ (ગેસ) ના એકમ જથ્થામાં ઉમેરવામાં આવે છે, થી તેના તાપમાનમાં ફેરફાર થાય છે t 1 થી t 2 પૂરી પાડવામાં આવેલ છે કે તાપમાન તફાવત t 2 - ટી 1 મર્યાદિત જથ્થો છે. સરેરાશ સમૂહ, વોલ્યુમ અને દાઢ ગરમીની ક્ષમતા અનુક્રમે દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે c m , સી m 'અને m . સરેરાશ ગરમી ક્ષમતાની વ્યાખ્યા પરથી તે નીચે મુજબ છે કે જો ગેસનું તાપમાન વધે છે t 1 થી t 2 પછી તેની સરેરાશ ગરમી ક્ષમતા [kJ/(kg*K)]

સાચી ઉષ્મા ક્ષમતા એ ગેસના તાપમાનમાં અનંત ફેરફારને અનુરૂપ ગેસની ઉષ્મા ક્ષમતા તરીકે સમજવામાં આવે છે તા , એટલે કે

c = dq/dt,

જ્યાં dq = cdt.

ચોક્કસ ગરમી- જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે ગરમીને શોષવાની આ વિવિધ પદાર્થોની ક્ષમતા છે. પદાર્થની વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતા તે પદાર્થના સમૂહને ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે તેને પ્રાપ્ત થતી ગરમીના પ્રમાણ અને તેના તાપમાનમાં ફેરફાર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, જો:

મોલર હીટ કેપેસિટી Cp અને CV વચ્ચેના સંબંધને વ્યક્ત કરતા સંબંધનું સ્વરૂપ છે (મેયરનું સૂત્ર): Cp = CV + R. અથવા આદર્શ ગેસની વધુ વિસ્તૃત ગરમી ક્ષમતા જો, ગરમીના વિનિમયના પરિણામે, ગરમીની ચોક્કસ માત્રા શરીરમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે, પછી શરીરની આંતરિક ઊર્જા અને તેના તાપમાનમાં ફેરફાર થાય છે. પદાર્થના 1 કિલોગ્રામને 1 K દ્વારા ગરમ કરવા માટે જરૂરી ઉષ્મા Qની માત્રાને પદાર્થ cની વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતા કહેવામાં આવે છે. c = Q / (mΔT). ઘણા કિસ્સાઓમાં દાળની ગરમી ક્ષમતા C: C = M c, જ્યાં M છે તેનો ઉપયોગ કરવો અનુકૂળ છે દાઢ સમૂહપદાર્થો આ રીતે નિર્ધારિત ગરમીની ક્ષમતા એ પદાર્થની અસ્પષ્ટ લાક્ષણિકતા નથી. થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમ અનુસાર, શરીરની આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર માત્ર ગરમીની માત્રા પર જ નહીં, પરંતુ શરીર દ્વારા કરવામાં આવતા કામ પર પણ આધાર રાખે છે. જે પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હીટ ટ્રાન્સફર પ્રક્રિયા હાથ ધરવામાં આવી હતી તેના આધારે, શરીર કાર્ય કરી શકે છે વિવિધ નોકરીઓ. તેથી, શરીરમાં સ્થાનાંતરિત ગરમીની સમાન માત્રા તેની આંતરિક ઊર્જા અને પરિણામે, તાપમાનમાં વિવિધ ફેરફારોનું કારણ બની શકે છે. ગરમીની ક્ષમતા નક્કી કરવામાં આ અસ્પષ્ટતા માત્ર વાયુયુક્ત પદાર્થો માટે જ લાક્ષણિક છે. જ્યારે પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થો ગરમ થાય છે, ત્યારે તેમનું પ્રમાણ વ્યવહારીક રીતે બદલાતું નથી, અને વિસ્તરણનું કાર્ય શૂન્ય થઈ જાય છે. તેથી, શરીર દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ગરમીનો સંપૂર્ણ જથ્થો તેની આંતરિક ઊર્જાને બદલવામાં જાય છે. પ્રવાહી અને ઘન પદાર્થોથી વિપરીત, ગેસ તેના વોલ્યુમને મોટા પ્રમાણમાં બદલી શકે છે અને હીટ ટ્રાન્સફર દરમિયાન કામ કરી શકે છે. તેથી, વાયુયુક્ત પદાર્થની ગરમીની ક્ષમતા થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયાની પ્રકૃતિ પર આધારિત છે. સામાન્ય રીતે વાયુઓની ઉષ્મા ક્ષમતાના બે મૂલ્યો ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે: સીવી - આઇસોકોરિક પ્રક્રિયામાં દાળની ગરમીની ક્ષમતા (V = કોન્સ્ટ) અને સીપી - આઇસોબેરિક પ્રક્રિયામાં દાળની ગરમીની ક્ષમતા (p = કોન્સ્ટ). સતત વોલ્યુમ પર પ્રક્રિયામાં, ગેસ કોઈ કામ કરતું નથી: A = 0. ગેસના 1 મોલ માટે થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમથી તે QV = CVΔT = ΔU ને અનુસરે છે. ગેસની આંતરિક ઊર્જાનો ફેરફાર ΔU તેના તાપમાનના ફેરફાર ΔT સાથે સીધો પ્રમાણસર છે. ખાતે પ્રક્રિયા માટે સતત દબાણથર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ આપે છે: Qp = ΔU + p(V2 – V1) = CVΔT + pΔV, જ્યાં ΔV એ આદર્શ ગેસના 1 મોલના જથ્થામાં ફેરફાર છે જ્યારે તેનું તાપમાન ΔT દ્વારા બદલાય છે. તે નીચે મુજબ છે: ગુણોત્તર ΔV / ΔT એ આદર્શ ગેસની સ્થિતિના સમીકરણમાંથી શોધી શકાય છે, જે 1 મોલ માટે લખાયેલ છે: pV = RT, જ્યાં R એ સાર્વત્રિક ગેસ સ્થિરાંક છે. p = const પર આમ, મોલર હીટ કેપેસિટી Cp અને CV વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવતો સંબંધ ફોર્મ (મેયરનું સૂત્ર) ધરાવે છે: Cp = CV + R.

જ્યારે 1 K. R = pV/T = 1.01 10 5 22.4 10-3/273[Pa m 3 /mol]/ દ્વારા ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે સતત દબાણ હેઠળ આદર્શ ગેસના 1 મોલના વિસ્તરણના કાર્યની સંખ્યાત્મક રીતે ગેસ સ્થિરાંક સમાન હોય છે. K = 8.31(44) Dl/ (mol K)

યુનિવર્સલ ગેસ કોન્સ્ટન્ટ એ સાર્વત્રિક, મૂળભૂત ભૌતિક સ્થિરાંક R છે, જે બોલ્ટ્ઝમેનના સ્થિર k અને એવોગાડ્રોના સ્થિરાંકના ગુણાંક સમાન છે.

ભૌતિક અર્થ: ગેસ સતત i એ આઇસોબેરિક પ્રક્રિયામાં તાપમાનમાં 1 K ના વધારા સાથે આદર્શ ગેસના એક મોલના વિસ્તરણના કાર્યની સંખ્યાત્મક રીતે સમાન છે

GHS સિસ્ટમમાં, ગેસ સ્થિરાંક સમાન છે:

ચોક્કસ ગેસ સ્થિરાંક સમાન છે:

એડિયાબેટિક ઘાતાંક(ક્યારેક કહેવાય છે ગુણાંકપોઈસન) - સતત દબાણ પર ગરમીની ક્ષમતાનો ગુણોત્તર () અને સ્થિર વોલ્યુમ પર ગરમીની ક્ષમતા (). ક્યારેક તે પણ કહેવાય છે પરિબળ isentropic એક્સ્ટેન્શન્સ. નિયુક્ત ગ્રીક અક્ષર(ગામા) અથવા (કપ્પા). અક્ષર પ્રતીકનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ શાખાઓમાં થાય છે. હીટ એન્જિનિયરિંગમાં, લેટિન અક્ષરનો ઉપયોગ થાય છે.

વાયુઓનું મિશ્રણ ઘણા ભિન્ન વાયુઓનો સંગ્રહ છે જે, વિચારણા હેઠળની પરિસ્થિતિઓમાં, એકબીજા સાથે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓમાં પ્રવેશતા નથી.

વાયુઓનું મિશ્રણ એક સજાતીય થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમ છે (જેની અંદર સિસ્ટમના મેક્રોસ્કોપિક ભાગોને એકબીજાથી અલગ કરવા માટે કોઈ ઇન્ટરફેસ નથી, તેમના ગુણધર્મો અને રચનામાં ભિન્ન છે).

આંશિક દબાણ મિશ્રણમાં i-th ગેસનો Pi એ દબાણ છે કે જેના હેઠળ આ ગેસ હશે જો મિશ્રણમાંથી અન્ય તમામ વાયુઓ દૂર કરવામાં આવે અને V અને T સમાન રહે.

ડાલ્ટનનો નિયમ - રાસાયણિક રીતે એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા નથી તેવા વાયુઓના મિશ્રણનું દબાણ આ વાયુઓના આંશિક દબાણના સરવાળા જેટલું છે.

તે શું છે તે સમજવા માટે ડાલ્ટનનો કાયદો, ચાલો આ માટે રૂમની હવાને ધ્યાનમાં લઈએ. તે અનેક વાયુઓનું મિશ્રણ છે: નાઇટ્રોજન (80%), ઓક્સિજન (20%). આમાંના દરેક વાયુનું આંશિક દબાણ એ દબાણ છે કે જો તે એકલા સમગ્ર વોલ્યુમ પર કબજો કરે તો ગેસ પાસે હશે. ઉદાહરણ તરીકે, જો રૂમમાંથી નાઇટ્રોજન સિવાયના તમામ વાયુઓ દૂર કરવામાં આવ્યા હોય, તો જે બાકી રહે છે તેનું દબાણ નાઇટ્રોજનનું આંશિક દબાણ હશે. ડાલ્ટનનો કાયદોજણાવે છે કે કુલ દબાણએકસાથે લેવામાં આવેલ તમામ વાયુઓ અલગ-અલગ દરેક ગેસના આંશિક દબાણના સરવાળા સમાન છે. (કડકમાં કહીએ તો, કાયદો માત્ર આદર્શ વાયુઓને જ લાગુ પડે છે, પરંતુ એકદમ સારા અંદાજમાં તે વાસ્તવિક વાયુઓનું પણ વર્ણન કરે છે.)

થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ માટે ઊર્જાના સંરક્ષણ અને પરિવર્તનના કાયદાનું સામાન્યીકરણ છે થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમ. તે નીચે પ્રમાણે ઘડવામાં આવે છે:

બદલો Δયુ બિન-અલગ થર્મોડાયનેમિક સિસ્ટમની આંતરિક ઊર્જા ગરમીની માત્રા વચ્ચેના તફાવત જેટલી હોય છેપ્ર , સિસ્ટમમાં સ્થાનાંતરિત, અને કાર્યએ , બાહ્ય સંસ્થાઓ પર સંપૂર્ણ સિસ્ટમ.

થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમને વ્યક્ત કરતો સંબંધ ઘણીવાર અલગ સ્વરૂપમાં લખવામાં આવે છે:

સિસ્ટમ દ્વારા પ્રાપ્ત થતી ગરમીની માત્રા તેની આંતરિક ઊર્જાને બદલવા અને બાહ્ય સંસ્થાઓ પર કાર્ય કરવા માટે જાય છે.

થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ પ્રાયોગિક તથ્યોનું સામાન્યીકરણ છે. આ કાયદા અનુસાર, ઊર્જા બનાવી શકાતી નથી અથવા નાશ કરી શકાતી નથી; તે એક સિસ્ટમમાંથી બીજી સિસ્ટમમાં પ્રસારિત થાય છે અને એક સ્વરૂપમાંથી બીજામાં રૂપાંતરિત થાય છે. એક મહત્વપૂર્ણ પરિણામથર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ બહારથી ઉર્જાનો વપરાશ કર્યા વિના અને મશીનની અંદર જ કોઈ ફેરફાર કર્યા વિના ઉપયોગી કાર્ય કરવા સક્ષમ મશીન બનાવવાની અશક્યતા વિશેનું નિવેદન છે. આ કાલ્પનિક મશીન કહેવાતું હતું પ્રથમ પ્રકારનું શાશ્વત ગતિ મશીન (પરપેચ્યુઅલ મોબાઈલ). . આવા મશીન બનાવવાના અસંખ્ય પ્રયત્નો નિષ્ફળતામાં નિરંતર સમાપ્ત થયા. કોઈપણ મશીન સકારાત્મક કાર્ય કરી શકે છે એમાત્ર ચોક્કસ માત્રામાં ગરમીની પ્રાપ્તિને કારણે બાહ્ય સંસ્થાઓની ઉપર પ્રઆસપાસના શરીર અથવા ઘટતા Δમાંથી યુતમારી આંતરિક ઊર્જા.

ચાલો થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમને વાયુઓમાં સમપ્રક્રિયાઓ પર લાગુ કરીએ.

IN આઇસોકોરિક પ્રક્રિયા (વી= const) ગેસ કોઈ કામ કરતું નથી, એ= 0. તેથી,

આઇસોબેરિક પ્રક્રિયા માટે થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ આપે છે:

પ્ર = યુ (ટી 2) – યુ (ટી 1) + પી (વી 2 – વી 1) = Δ યુ + પી Δ વી.

1. આઇસોબેરિક વિસ્તરણ સાથે પ્ર> 0 – ગરમી ગેસ દ્વારા શોષાય છે, અને ગેસ હકારાત્મક કાર્ય કરે છે. આઇસોબેરિક કમ્પ્રેશન હેઠળ પ્ર < 0 – тепло отдается внешним телам. В этом случае એ < 0. Температура газа при изобарном сжатии уменьшается, ટી 2 < ટી 1; યુ < 0.

   આંતરિક ઊર્જા ઘટે છે, Δ INઇસોથર્મલ પ્રક્રિયા યુ = 0.

ગેસનું તાપમાન બદલાતું નથી, તેથી, ગેસની આંતરિક ઊર્જા, Δ, પણ બદલાતી નથી

ઇસોથર્મલ પ્રક્રિયા માટે થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ નિયમ સંબંધ દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવે છે પ્રગરમીનું પ્રમાણ , ઇસોથર્મલ વિસ્તરણની પ્રક્રિયા દરમિયાન ગેસ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે, તે બાહ્ય શરીર પર કાર્યમાં ફેરવાય છે. ઇસોથર્મલ કમ્પ્રેશન દરમિયાન, કામ કરોબાહ્ય દળો

, ગેસ પર ઉત્પન્ન થાય છે, ગરમીમાં ફેરવાય છે, જે આસપાસના શરીરમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. આઇસોકોરિક, આઇસોબેરિક અને આઇસોથર્મલ પ્રક્રિયાઓ સાથે, થર્મોડાયનેમિક્સ ઘણીવાર એવી પ્રક્રિયાઓને ધ્યાનમાં લે છે જે આસપાસના શરીર સાથે ગરમીના વિનિમયની ગેરહાજરીમાં થાય છે. ગરમી-ચુસ્ત દિવાલોવાળા વાસણો કહેવામાં આવે છેએડિબેટિક શેલો , અને આવા જહાજોમાં ગેસના વિસ્તરણ અથવા સંકોચનની પ્રક્રિયાઓ કહેવામાં આવે છે.

આંતરિક ઊર્જા ઘટે છે, Δ એડિબેટિકપ્રએડિબેટિક પ્રક્રિયા

ચોક્કસ તાપમાન અને દબાણ પર ગરમીમાં રૂપાંતરિત થવા માટે ઉપલબ્ધ ઊર્જાનો જથ્થો છે.એન્થાલ્પીના એકમો બ્રિટિશ થર્મલ યુનિટ અથવા ઊર્જા માટે જૌલ અને ચોક્કસ ઊર્જા માટે Btu/lbm અથવા J/kg છે.

11 પ્રશ્ન

આંતરિક શરીર ઊર્જા

- શરીરના સમૂહના કેન્દ્રને સંબંધિત પરમાણુઓની અસ્તવ્યસ્ત હિલચાલની ગતિ ઊર્જાનો સરવાળો અને એકબીજા સાથે પરમાણુઓની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સંભવિત ઊર્જા (પરંતુ અન્ય સંસ્થાઓના અણુઓ સાથે નહીં). તાપમાન અને વોલ્યુમ પર આધાર રાખે છે.

તેના પર કામ કરીને આપણે શરીરની ઉર્જા બદલી શકીએ છીએ. ઉદાહરણ તરીકે, સાયકલના ટાયરને ફૂલાવતી વખતે, પંપ ગરમ થાય છે. કેટલાક લોકો એવું વિચારે છે કે પિસ્ટન પંપની દિવાલો સાથે ઘસવામાં આવે છે, અને તેનું કારણ એ છે કે આપણે ગેસને સંકુચિત કરીએ છીએ, આપણે તેના પર કામ કરીએ છીએ, જે આંતરિક ઉર્જા વધારવા તરફ જાય છે અને તે પોતાને એક તરીકે પ્રગટ કરે છે. તાપમાનમાં વધારો.કામ કર્યા વિના શરીરની આંતરિક ઊર્જાને બદલવાની બીજી રીત છે - હીટ ટ્રાન્સફર.

હીટ ટ્રાન્સફર

• હીટ ટ્રાન્સફર
• - કામ કર્યા વિના શરીરની આંતરિક ઊર્જાને સ્થાનાંતરિત કરવાની પદ્ધતિ.
• હીટ ટ્રાન્સફર ત્રણ રીતે ટ્રાન્સફર કરી શકાય છે:

થર્મલ વાહકતા;

સંવહન; વિવિધ વાતાવરણ: શુદ્ધ પદાર્થોકાર્યકારી માધ્યમોની એકંદર સ્થિતિમાં ફેરફાર સાથે અથવા વગર. આના આધારે, હીટ ટ્રાન્સફર અલગ રીતે આગળ વધે છે અને વિવિધ સમીકરણો દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે.

થર્મલ વાહકતા

થર્મલ વાહકતા દ્વારા હીટ ટ્રાન્સફરની પ્રક્રિયા શરીર અથવા શરીરના કણોના સીધા સંપર્ક દ્વારા થાય છે. વિવિધ તાપમાનઅને પરમાણુઓના કંપનને કારણે ગરમી સ્થાનાંતરણની પરમાણુ પ્રક્રિયા છે. મોટા કંપન કંપનવિસ્તાર સાથેના અણુઓ નાના કંપન કંપનવિસ્તાર સાથે પડોશી અણુઓને વધુ વારંવાર વાઇબ્રેટ કરે છે.

જ્યારે શરીર ગરમ થાય છે ગતિ ઊર્જાતેના પરમાણુઓ વધે છે, અને શરીરના ગરમ ભાગના કણો, પડોશી અણુઓ સાથે અથડાઈને, તેમને તેમની ગતિ ઊર્જાનો એક ભાગ પ્રદાન કરે છે. આ કિસ્સામાં, શરીરના ગરમ ભાગો ઠંડુ થાય છે, અને ઓછા ગરમ ભાગો ગરમ થાય છે.

સંવહન

સંવહન એ અસમાન રીતે ગરમ પ્રવાહી અથવા વાયુઓના સમગ્ર સમૂહને ખસેડતી વખતે અથવા મિશ્રિત કરતી વખતે ગરમીનું સ્થાનાંતરણ છે. આ કિસ્સામાં, હીટ ટ્રાન્સફર સીધા પ્રમાણમાં પ્રવાહી અથવા ગેસની હિલચાલની ગતિ પર આધારિત છે.

કન્વેક્ટિવ હીટ ટ્રાન્સફર- સંવહન અને થર્મલ વાહકતા દ્વારા એક સાથે હીટ ટ્રાન્સફર. ઇજનેરી ગણતરીઓમાં, પ્રવાહી અથવા ગેસના પ્રવાહ અને સપાટી વચ્ચે સંવર્ધક હીટ ટ્રાન્સફર ઘણીવાર નક્કી કરવામાં આવે છે. નક્કર. કન્વેક્ટિવ હીટ ટ્રાન્સફરની આ પ્રક્રિયાને કન્વેક્ટિવ હીટ ટ્રાન્સફર અથવા ફક્ત હીટ ટ્રાન્સફર કહેવામાં આવે છે.

રેડિયેશન

રેડિયેશન ( થર્મલ રેડિયેશન, રેડિયેશન) એ સ્વરૂપમાં શરીરની આંતરિક ઊર્જામાં ગરમીને સ્થાનાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા છે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો.

આ પ્રક્રિયા ત્રણ તબક્કામાં થાય છે:

• એક શરીરની આંતરિક ઊર્જાના ભાગનું ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોની ઊર્જામાં રૂપાંતર;
• અવકાશમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનો પ્રચાર;
• અન્ય શરીર દ્વારા રેડિયેશન ઊર્જાનું શોષણ.

રેડિયેશન-વહન હીટ ટ્રાન્સફર- રેડિયેશન અને થર્મલ વાહકતા દ્વારા સંયુક્ત ગરમીનું વિનિમય.

ગરમીનું પ્રમાણ

ગરમીનો જથ્થો (Q)- હીટ ટ્રાન્સફરની પ્રક્રિયા દરમિયાન શરીરને આપવામાં આવતી ઉર્જા ગરમીનું પ્રમાણ કહેવાય છે અને તે [J] માં માપવામાં આવે છે.

જો શારીરિક સ્થિતિપદાર્થ બદલાતો નથી (બદલતો નથી સંભવિત ઊર્જાપરમાણુઓની એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા, અને ગતિ એક બદલાય છે), પછી આંતરિક ઊર્જામાં ફેરફાર આંતરિક તાપમાનમાં ફેરફાર સાથે સંકળાયેલ છે.

સ ~ ΔT
પ્રાપ્ત ગરમીની માત્રા શરીરના તાપમાનમાં તફાવત સાથે સીધી પ્રમાણમાં છે.

પ્રમાણસરતા ગુણાંક શરીર, સમૂહ અને વોલ્યુમ પર આધાર રાખે છે અને તે શરીરની લાક્ષણિકતા છે. જો આપણે એક ગ્લાસ પાણી લઈએ અને તાપમાનમાં 1 કેલ્વિન વધારો કરીએ, તો આપણને એક માત્રામાં ગરમીની જરૂર પડશે. જો આપણે સમુદ્ર લઈએ, તો આપણને સંપૂર્ણપણે અલગ ગરમીની જરૂર પડશે.

Q = СΔТ
C એ શરીરની ગરમીની ક્ષમતા છે.

શરીરની ગરમી ક્ષમતા- 1 કેલ્વિન દ્વારા તાપમાન વધારવા માટે શરીરને સંચાર કરવાની જરૂર હોય તેવી ગરમીના જથ્થાની સંખ્યાત્મક રીતે સમાન ભૌતિક જથ્થો.

ચોક્કસ ગરમી

શરીરની ગરમીની ક્ષમતા શરીરના સમૂહ પર સીધો આધાર રાખે છે, એટલે કે. આ પદાર્થની મિલકત છે.

C = cm, с=С/m, [c] = [J/kg*K]
C એ વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતા (પદાર્થની ગરમી ક્ષમતા) છે.

તદનુસાર, ગરમીની માત્રા માટેનું સૂત્ર નીચેના સ્વરૂપમાં લખી શકાય છે.

Q = cmΔТ
c એ પદાર્થની ઉષ્મા ક્ષમતા છે
m - શરીરનું વજન
ΔT - તાપમાન તફાવત

ચોક્કસ ગરમીપદાર્થો- ભૌતિક જથ્થો આંકડાકીય રીતે ગરમીના જથ્થાની બરાબર જે પદાર્થના એક કિલોગ્રામ પદાર્થને તેનું તાપમાન 1 કેલ્વિન વધારવા માટે આપવું આવશ્યક છે.

ગરમીની ક્ષમતા એ ગરમી દરમિયાન અમુક માત્રામાં ગરમીને શોષવાની અથવા ઠંડક દરમિયાન તેને છોડવાની ક્ષમતા છે. શરીરની ગરમીની ક્ષમતા એ તેના તાપમાન સૂચકાંકોમાં અનુરૂપ વધારા સાથે શરીરને મેળવેલી ગરમીની અમર્યાદિત માત્રાનો ગુણોત્તર છે. મૂલ્ય J/K માં માપવામાં આવે છે. વ્યવહારમાં, સહેજ અલગ મૂલ્યનો ઉપયોગ થાય છે - ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતા.

વ્યાખ્યા

વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતાનો અર્થ શું છે? આ પદાર્થના એકમ જથ્થા સાથે સંબંધિત જથ્થો છે. તદનુસાર, પદાર્થની માત્રા ઘન મીટર, કિલોગ્રામ અથવા તો મોલ્સમાં માપી શકાય છે. આ શેના પર આધાર રાખે છે? ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, ગરમીની ક્ષમતા સીધી રીતે શું પર આધાર રાખે છે માત્રાત્મક એકમતે સંદર્ભ આપે છે, અને તેથી દાઢ, સમૂહ અને વોલ્યુમેટ્રિક ગરમી ક્ષમતા વચ્ચે તફાવત કરે છે. IN બાંધકામ ઉદ્યોગતમે ડેટ કરશો નહીં દાઢ માપન, પરંતુ અન્ય લોકો સાથે - ઘણી વાર.

વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતાને શું અસર કરે છે?

તમે જાણો છો કે ગરમીની ક્ષમતા શું છે, પરંતુ કયા મૂલ્યો સૂચકને અસર કરે છે તે હજી સ્પષ્ટ નથી. ચોક્કસ ઉષ્મા ક્ષમતાના મૂલ્યની સીધી અસર કેટલાક ઘટકો દ્વારા થાય છે: પદાર્થનું તાપમાન, દબાણ અને અન્ય થર્મોડાયનેમિક લાક્ષણિકતાઓ.

જેમ જેમ ઉત્પાદનનું તાપમાન વધે છે તેમ તેમ તેની વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતા વધે છે, પરંતુ અમુક પદાર્થો આ અવલંબનમાં સંપૂર્ણપણે બિનરેખીય વળાંક ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, તાપમાનના સૂચકાંકોમાં શૂન્યથી સાડત્રીસ ડિગ્રીના વધારા સાથે, પાણીની ચોક્કસ ગરમીની ક્ષમતામાં ઘટાડો થવાનું શરૂ થાય છે, અને જો મર્યાદા સાડત્રીસ અને એકસો ડિગ્રીની વચ્ચે હોય, તો સૂચક, તેનાથી વિપરીત, વધારો

તે નોંધવું યોગ્ય છે કે પરિમાણ ઉત્પાદનની થર્મોડાયનેમિક લાક્ષણિકતાઓ (દબાણ, વોલ્યુમ, વગેરે) ને કેવી રીતે બદલવાની મંજૂરી છે તેના પર પણ આધાર રાખે છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્થિર દબાણ અને સ્થિર વોલ્યુમ પર ચોક્કસ ગરમીની ક્ષમતા અલગ હશે.

પરિમાણની ગણતરી કેવી રીતે કરવી?

શું તમને ગરમીની ક્ષમતા શું છે તેમાં રસ છે? ગણતરી સૂત્ર નીચે મુજબ છે: C=Q/(m·ΔT). આ કયા પ્રકારના અર્થો છે? Q એ ગરમીની માત્રા છે જે ઉત્પાદન જ્યારે ગરમ થાય છે ત્યારે મેળવે છે (અથવા ઠંડક દરમિયાન ઉત્પાદન દ્વારા છોડવામાં આવે છે). m એ ઉત્પાદનનો સમૂહ છે, અને ΔT એ ઉત્પાદનના અંતિમ અને પ્રારંભિક તાપમાન વચ્ચેનો તફાવત છે. નીચે કેટલીક સામગ્રીની ગરમી ક્ષમતાનું કોષ્ટક છે.

ગરમીની ક્ષમતાની ગણતરી કરવા વિશે તમે શું કહી શકો?

ગરમીની ક્ષમતાની ગણતરી કરવી એ સૌથી સરળ કાર્ય નથી, ખાસ કરીને જો તમે વિશિષ્ટ રીતે થર્મોડાયનેમિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરો છો, તો તે વધુ ચોક્કસ રીતે કરવું અશક્ય છે. તેથી જ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરે છે આંકડાકીય ભૌતિકશાસ્ત્રઅથવા ઉત્પાદનોના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરનું જ્ઞાન. ગેસ માટે ગણતરી કેવી રીતે કરવી? ગેસની ગરમીની ક્ષમતા ગણતરીમાંથી ગણવામાં આવે છે સરેરાશ ઊર્જાપદાર્થમાં વ્યક્તિગત પરમાણુઓની થર્મલ હિલચાલ. મોલેક્યુલર હલનચલન અનુવાદાત્મક અથવા રોટેશનલ હોઈ શકે છે, અને પરમાણુની અંદર એક સંપૂર્ણ અણુ અથવા અણુનું સ્પંદન હોઈ શકે છે. ઉત્તમ આંકડાકહે છે કે રોટેશનલની સ્વતંત્રતાની દરેક ડિગ્રી માટે અને અનુવાદની હિલચાલમોલર વેલ્યુમાં છે, જે R/2 ની બરાબર છે, અને સ્વતંત્રતાની દરેક કંપનશીલ ડિગ્રી માટે મૂલ્ય R ની બરાબર છે. આ નિયમને ઇક્વિપિશનનો કાયદો પણ કહેવામાં આવે છે.

આ કિસ્સામાં, મોનોટોમિક ગેસના કણમાં સ્વતંત્રતાની માત્ર ત્રણ અનુવાદાત્મક ડિગ્રી હોય છે, અને તેથી તેની ગરમીની ક્ષમતા 3R/2 જેટલી હોવી જોઈએ, જે પ્રયોગ સાથે ઉત્તમ કરારમાં છે. ડાયટોમિક ગેસના દરેક પરમાણુને ત્રણ ટ્રાન્સલેશનલ, બે રોટેશનલ અને એક વાઇબ્રેશનલ ડીગ્રી ઓફ ફ્રીડેશન દ્વારા અલગ પાડવામાં આવે છે, જેનો અર્થ છે કે ઇક્વિપર્ટિશનનો કાયદો 7R/2 જેટલો હશે અને અનુભવ દર્શાવે છે કે ડાયટોમિક ગેસના મોલની ગરમી ક્ષમતા સામાન્ય તાપમાન 5R/2 છે. સિદ્ધાંતો વચ્ચે આવી વિસંગતતા શા માટે હતી? આ બધું એ હકીકતને કારણે છે કે ગરમીની ક્ષમતા સ્થાપિત કરતી વખતે, તે અલગ અલગ ધ્યાનમાં લેવું જરૂરી રહેશે ક્વોન્ટમ અસરો, બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ક્વોન્ટમ આંકડાઓનો ઉપયોગ કરો. જેમ તમે જોઈ શકો છો, ગરમીની ક્ષમતા એ એક જટિલ ખ્યાલ છે.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ કહે છે કે કણોની કોઈપણ સિસ્ટમ કે જે વાઇબ્રેટ કરે છે અથવા ફરે છે, જેમાં ગેસના પરમાણુનો સમાવેશ થાય છે, તેમાં ચોક્કસ હોઈ શકે છે. અલગ મૂલ્યોઊર્જા જો સ્થાપિત સિસ્ટમમાં થર્મલ ગતિની ઉર્જા જરૂરી આવર્તનના ઓસિલેશનને ઉત્તેજિત કરવા માટે અપૂરતી હોય, તો આ ઓસિલેશન સિસ્ટમની ગરમીની ક્ષમતામાં ફાળો આપતા નથી.

ઘન પદાર્થોમાં, અણુઓની થર્મલ ગતિ ચોક્કસ સંતુલન સ્થિતિની નજીક નબળા સ્પંદનો છે, આ ગાંઠોને લાગુ પડે છે સ્ફટિક જાળી. અણુમાં સ્વતંત્રતાની ત્રણ કંપનશીલ ડિગ્રી હોય છે અને, કાયદા અનુસાર, ઘન શરીરની દાઢની ગરમીની ક્ષમતા સમાન હોય છે. 3nR, જ્યાં n એ પરમાણુમાં હાજર અણુઓની સંખ્યા છે. વ્યવહારમાં, આ મૂલ્ય એ મર્યાદા છે કે જેના પર શરીરની ગરમી ક્ષમતા ઊંચા તાપમાને વળે છે. મૂલ્ય ઘણા તત્વો માટે સામાન્ય તાપમાનના ફેરફારો સાથે પ્રાપ્ત થાય છે, આ ધાતુઓ, તેમજ સરળ સંયોજનોને લાગુ પડે છે. લીડ અને અન્ય પદાર્થોની ગરમીની ક્ષમતા પણ નક્કી કરવામાં આવે છે.

નીચા તાપમાન વિશે શું?

આપણે પહેલેથી જ જાણીએ છીએ કે ગરમીની ક્ષમતા શું છે, પરંતુ જો આપણે તેના વિશે વાત કરીએ નીચા તાપમાન, તો પછી મૂલ્યની ગણતરી કેવી રીતે થશે? જો અમે વાત કરી રહ્યા છીએનીચા તાપમાન સૂચકાંકો વિશે, પછી નક્કર શરીરની ગરમીની ક્ષમતા પ્રમાણસર હોવાનું બહાર આવે છે ટી 3 અથવા ગરમીની ક્ષમતાના કહેવાતા ડેબીના નિયમ. મુખ્ય માપદંડ, તફાવત કરવા માટે પરવાનગી આપે છે ઉચ્ચ પ્રદર્શનનીચા થી તાપમાન, તે લાક્ષણિકતા સાથે તેમની સરખામણી સામાન્ય છે ચોક્કસ પદાર્થપરિમાણ - આ લાક્ષણિકતા અથવા Debye તાપમાન q D હોઈ શકે છે. પ્રસ્તુત મૂલ્ય ઉત્પાદનમાં અણુઓના કંપન સ્પેક્ટ્રમ દ્વારા સ્થાપિત થાય છે અને નોંધપાત્ર રીતે ક્રિસ્ટલ માળખા પર આધાર રાખે છે.

ધાતુઓમાં, વહન ઇલેક્ટ્રોન ગરમીની ક્ષમતામાં ચોક્કસ ફાળો આપે છે. આ ભાગગરમીની ક્ષમતાની ગણતરી ફર્મી-ડીરાક આંકડાઓનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે, જે ઇલેક્ટ્રોનને ધ્યાનમાં લે છે. ધાતુની ઈલેક્ટ્રોનિક ઉષ્મા ક્ષમતા, જે સામાન્ય ઉષ્મા ક્ષમતાના પ્રમાણસર હોય છે, તે પ્રમાણમાં નાનું મૂલ્ય છે અને તે ધાતુની ગરમીની ક્ષમતામાં માત્ર નજીકના તાપમાને જ ફાળો આપે છે. સંપૂર્ણ શૂન્ય. પછી જાળીની ગરમીની ક્ષમતા ખૂબ જ ઓછી થઈ જાય છે અને તેની અવગણના કરી શકાય છે.

સામૂહિક ગરમી ક્ષમતા

સમૂહ વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતા એ એકમ તાપમાન દ્વારા ઉત્પાદનને ગરમ કરવા માટે પદાર્થના એકમ સમૂહમાં ઉમેરવા માટે જરૂરી ગરમીનો જથ્થો છે. નિયુક્ત આપેલ મૂલ્યઅક્ષર C અને તે કિલોગ્રામ દીઠ કેલ્વિન - J/(kg K) દ્વારા વિભાજિત જ્યુલ્સમાં માપવામાં આવે છે. તે બધા સામૂહિક ગરમીની ક્ષમતા માટે છે.

વોલ્યુમેટ્રિક ગરમી ક્ષમતા શું છે?

વોલ્યુમેટ્રિક હીટ કેપેસિટી એ ચોક્કસ માત્રામાં ગરમી છે જે ઉત્પાદનના એકમ જથ્થાને એકમ તાપમાન દીઠ ગરમ કરવા માટે તેને સપ્લાય કરવાની જરૂર છે. માપ્યું આ સૂચકદ્વારા વિભાજિત જ્યુલ્સમાં ઘન મીટરપ્રતિ કેલ્વિન અથવા J/(m³ K). ઘણા બાંધકામ સંદર્ભ પુસ્તકોમાં, તે કાર્યમાં સામૂહિક વિશિષ્ટ ગરમીની ક્ષમતા છે જેને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે.

બાંધકામ ઉદ્યોગમાં ગરમીની ક્ષમતાનો વ્યવહારુ ઉપયોગ

ગરમી-પ્રતિરોધક દિવાલોના નિર્માણમાં ઘણી ગરમી-સઘન સામગ્રી સક્રિયપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. સમયાંતરે ગરમી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ ઘરો માટે આ અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. ઉદાહરણ તરીકે, સ્ટોવ. ગરમી-સઘન ઉત્પાદનો અને તેમાંથી બનેલી દિવાલો સંપૂર્ણપણે ગરમી એકઠા કરે છે, ગરમીના સમયગાળા દરમિયાન તેને સંગ્રહિત કરે છે અને સિસ્ટમ બંધ થયા પછી ધીમે ધીમે ગરમી છોડે છે, આમ તમને દિવસભર સ્વીકાર્ય તાપમાન જાળવવાની મંજૂરી આપે છે.

તેથી, રચનામાં વધુ ગરમી સંગ્રહિત થશે, ઓરડામાં તાપમાન વધુ આરામદાયક અને સ્થિર હશે.

તે નોંધવું યોગ્ય છે કે ઘરના બાંધકામમાં વપરાતી સામાન્ય ઈંટ અને કોંક્રિટમાં વિસ્તૃત પોલિસ્ટરીન કરતાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછી ગરમીની ક્ષમતા હોય છે. જો આપણે ecowool લઈએ, તો તે કોંક્રિટ કરતા ત્રણ ગણી વધુ ગરમીની ક્ષમતા ધરાવે છે. એ નોંધવું જોઇએ કે ગરમીની ક્ષમતાની ગણતરી માટેના સૂત્રમાં સમૂહ હાજર છે તે કંઈપણ માટે નથી. ઇકોવૂલની તુલનામાં કોંક્રિટ અથવા ઇંટના વિશાળ, પ્રચંડ જથ્થાને આભારી છે, તે સ્ટ્રક્ચર્સની પથ્થરની દિવાલોને મોટી માત્રામાં ગરમી એકઠા કરવા અને તમામ દૈનિક તાપમાનની વધઘટને સરળ બનાવવા માટે પરવાનગી આપે છે. માત્ર નીચા માસતમામ ફ્રેમ હાઉસમાં ઇન્સ્યુલેશન, તેની સારી ગરમીની ક્ષમતા હોવા છતાં, તમામ ફ્રેમ તકનીકોનો સૌથી નબળો વિસ્તાર છે. નક્કી કરવા માટે આ સમસ્યા, પ્રભાવશાળી ગરમી સંચયકો બધા ઘરોમાં સ્થાપિત થયેલ છે. તે શું છે? આ માળખાકીય ભાગો છે જે અલગ પડે છે મોટા સમૂહપર્યાપ્ત સાથે સારું પ્રદર્શનગરમી ક્ષમતા.

વાસ્તવિક જીવનમાં ગરમી સંચયકોના ઉદાહરણો

તે શું હોઈ શકે? ઉદાહરણ તરીકે, કેટલીક આંતરિક ઈંટની દિવાલો, મોટો સ્ટોવ અથવા ફાયરપ્લેસ, કોંક્રિટ સ્ક્રિડ.

કોઈપણ ઘર અથવા એપાર્ટમેન્ટમાં ફર્નિચર એક ઉત્તમ ગરમી સંચયક છે, કારણ કે પ્લાયવુડ, ચિપબોર્ડ અને લાકડું વાસ્તવમાં કુખ્યાત ઈંટ કરતાં કિલોગ્રામ વજન દીઠ ત્રણ ગણી વધુ ગરમી સંગ્રહિત કરી શકે છે.

શું થર્મલ સંચયકોમાં કોઈ ગેરફાયદા છે? અલબત્ત, આ અભિગમનો મુખ્ય ગેરલાભ એ છે કે ગરમી સંચયકને ફ્રેમ હાઉસનું મોડેલ બનાવવાના તબક્કે ડિઝાઇન કરવાની જરૂર છે. આ તે હકીકતને કારણે છે કે તે ભારે છે, અને ફાઉન્ડેશન બનાવતી વખતે આને ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર પડશે, અને પછી કલ્પના કરો કે આ ઑબ્જેક્ટ આંતરિકમાં કેવી રીતે એકીકૃત થશે. તે કહેવું યોગ્ય છે કે તમારે માત્ર સામૂહિક જ નહીં, તમારે તમારા કાર્યમાં બંને લાક્ષણિકતાઓનું મૂલ્યાંકન કરવાની જરૂર પડશે: સમૂહ અને ગરમીની ક્ષમતા. ઉદાહરણ તરીકે, જો તમે હીટ એક્યુમ્યુલેટર તરીકે વીસ ટન પ્રતિ ઘન મીટરના અવિશ્વસનીય વજન સાથે સોનાનો ઉપયોગ કરો છો, તો ઉત્પાદન અઢી ટન વજનવાળા કોંક્રિટ ક્યુબ કરતાં માત્ર ત્રેવીસ ટકા વધુ સારી રીતે કાર્ય કરશે.

ગરમી સંચયક માટે કયો પદાર્થ સૌથી યોગ્ય છે?

શ્રેષ્ઠ ઉત્પાદનહીટ એક્યુમ્યુલેટર માટે તે કાંકરેટ અને ઈંટ બિલકુલ નથી! કોપર, બ્રોન્ઝ અને આયર્ન આ કાર્ય સાથે સારી રીતે સામનો કરે છે, પરંતુ તે ખૂબ જ ભારે છે. વિચિત્ર રીતે, પરંતુ શ્રેષ્ઠ ગરમી સંચયક પાણી છે! પ્રવાહીમાં પ્રભાવશાળી ગરમી ક્ષમતા હોય છે, જે આપણા માટે ઉપલબ્ધ પદાર્થોમાં સૌથી મોટી છે. વધુ ગરમી ક્ષમતામાત્ર હિલીયમ વાયુઓ (5190 J/(kg K) અને હાઇડ્રોજન (14300 J/(kg K) માટે, પરંતુ તેઓ વ્યવહારમાં ઉપયોગમાં લેવા માટે સમસ્યારૂપ છે. જો ઇચ્છિત અને જરૂરી હોય, તો તમને જરૂરી પદાર્થોની ગરમીની ક્ષમતાનું કોષ્ટક જુઓ.

શરીરની ગરમીની ક્ષમતા ગરમીની માત્રા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે , આ શરીરને એક ડિગ્રી (J/deg) થી ગરમ કરવું જરૂરી છે. જો શરીરનું તાપમાન T ડિગ્રી વધારવું હોય તો તેને ΔQ જ્યુલ્સ જણાવવું જરૂરી છે, તો અંતરાલ ΔT માં શરીરની સરેરાશ ગરમીની ક્ષમતા આ રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે:

શરીરની ગરમીની ક્ષમતા તેના સમૂહના પ્રમાણમાં હોય છે અને તે શરીરના પદાર્થ પર આધારિત હોય છે. આપેલ પદાર્થ (લાકડું, લોખંડ, હવા, વગેરે) ની વિશિષ્ટ ગરમી ક્ષમતા Csp એ ડિગ્રી દીઠ ગરમીના જથ્થા દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, અને તે J/kg deg માં માપવામાં આવે છે. ચોક્કસ ગરમી.

વાયુઓ માટે, દાળની ગરમી ક્ષમતા (C મોલ અથવા ફક્ત C) નો ઉપયોગ કરવો અનુકૂળ છે, જે આપેલ પદાર્થના એક કિલોમોલને એક ડિગ્રી દ્વારા ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીના જથ્થા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

તે સ્પષ્ટ છે કે

C બીટ /J/kg * deg/ * μ/kg/kmol/ = C /J/kmol * deg/.

કોઈપણ ગેસના 1 કિલોમીટરમાં સમાન સંખ્યામાં પરમાણુઓ હોય છે, અને પરમાણુઓની સરેરાશ ગતિ ઊર્જા તેમના સમૂહ પર આધારિત નથી, અમે અપેક્ષા રાખી શકીએ છીએ કે તમામ પૂરતા પ્રમાણમાં દુર્લભ વાયુઓની દાઢ ઉષ્માની ક્ષમતા સમાન હોવી જોઈએ.

શરીરની ગરમીની ક્ષમતા ગરમીની પ્રક્રિયા દરમિયાન શરીરની સ્થિતિ કેવી રીતે બદલાય છે તેના પર નોંધપાત્ર રીતે આધાર રાખે છે. સરળતા માટે, ચાલો એક આદર્શ મોનોટોમિક ગેસનો વિચાર કરીએ. જો આપણે બંધ વોલ્યુમ, V = const (ફિગ. 1, a) માં બંધ ગેસને ગરમ કરીએ છીએ, તો તમામ પૂરી પાડવામાં આવેલ ગરમી ΔQ માત્ર ગેસની આંતરિક ઊર્જા વધારવા માટે જશે. પછી ΔA = 0 પર થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમનું સ્વરૂપ હશે: ΔQ = ΔU.

આ કિસ્સામાં, ગેસનું તાપમાન તેની આંતરિક ઊર્જાના વધારાને અનુરૂપ વધશે, જેનો અર્થ છે કે આદર્શ ગેસનું તાપમાન તેની આંતરિક ઊર્જાના પ્રમાણસર છે. ગેસનું દબાણ R. તાપમાનના પ્રમાણમાં પણ વધશે. ચાલો ગેસની ઉષ્મા ક્ષમતાને C દ્વારા સ્થિર વોલ્યુમ પર દર્શાવીએ.

જો આપણે હીટિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન દબાણ જાળવી રાખવા માંગીએ છીએ, તો ગેસને વિસ્તરણ કરવાની મંજૂરી આપવી જોઈએ. આ કરવા માટે, અમે પિસ્ટન સાથે સિલિન્ડરમાં ગેસ મૂકીએ છીએ, જે સતત દબાણ P = const (ફિગ. 1, b) ને આધિન છે. આદર્શ ગેસની આંતરિક ઉર્જા U તેના જથ્થા પર નિર્ભર ન હોવાથી, તેને વધારવા માટે જરૂરી ઉષ્માનું પ્રમાણ સમાન રહેશે. પરંતુ જ્યારે ગેસ સમાન તાપમાને ગરમ થાય છે, ત્યારે સપ્લાય કરેલ ગરમીનો ભાગ હવે ગેસના વિસ્તરણ દરમિયાન બાહ્ય દળો સામે કામ કરવા માટે ખર્ચવામાં આવે છે. પરિણામે, ગેસને અગાઉના કિસ્સામાં (V = const) સમાન તાપમાને ગરમ કરવા માટે, વધુ ગરમી ખર્ચવી પડશે. આમ, સતત દબાણ પર ગેસની ઉષ્મા ક્ષમતા ΔQ/ΔT, જેને આપણે C p દ્વારા દર્શાવીએ છીએ. , C V કરતા વધારે હશે.

આ ઉદાહરણ ખૂબ મહત્વનું છે. તે દર્શાવે છે કે ΔT ડિગ્રી દ્વારા ગેસને ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમી ΔQ ની માત્રા નોંધપાત્ર રીતે વધારાની પરિસ્થિતિઓ પર આધાર રાખે છે - અન્ય માઇક્રોસ્કોપિક પરિમાણોના માપનની પ્રકૃતિ જે ગેસની સ્થિતિ નક્કી કરે છે, એટલે કે P. અને V. ધ્યાનમાં લેવાયેલી પ્રક્રિયાઓ ઉપરાંત. સૌથી સરળ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે વધારાની શરતો V = const અને P. = const, આપણે અનુરૂપ અન્ય ઘણાને ધ્યાનમાં લઈ શકીએ છીએ વિવિધ ફેરફારો V અને R. જ્યારે ગરમ થાય છે. દરેક પ્રક્રિયાની પોતાની ગરમી ક્ષમતા C હશે.

મૂલ્યો સી આર. અને આદર્શ ગેસ માટે C v એક સરળ સંબંધ દ્વારા સંબંધિત છે:

આર થી. – С v = R (2)

આ સંબંધને રોબર્ટ મેયરનો કાયદો કહેવામાં આવે છે, જે તેણે 1842 માં મેળવ્યો હતો.

આદર્શ ગેસ માટે, સ્થિર દબાણ પર દાળની ઉષ્મા ક્ષમતા R ના મૂલ્યથી સ્થિર વોલ્યુમ પર દાળની ગરમીની ક્ષમતા કરતાં વધી જાય છે, એટલે કે, 8.31 kJ/kmol deg.

સાર્વત્રિક ગેસ સ્થિરાંક R એ આદર્શ ગેસના એક કિલોમોલના વિસ્તરણના કાર્યની સંખ્યાત્મક રીતે બરાબર છે જ્યારે તેને સતત દબાણ પર એક ડિગ્રી ગરમ કરવામાં આવે છે.

અનુભવ દર્શાવે છે કે તમામ કિસ્સાઓમાં યાંત્રિક ઊર્જાનું થર્મલ ઊર્જામાં રૂપાંતર અને ઊલટું હંમેશા સખત સમકક્ષ જથ્થામાં થાય છે. થર્મલ ગતિ આખરે પણ છે યાંત્રિક ચળવળવ્યક્તિગત પરમાણુઓ (માત્ર નિર્દેશિત નથી, પરંતુ અસ્તવ્યસ્ત), તો પછી આ બધા પરિવર્તનો દરમિયાન ઊર્જા સંરક્ષણના કાયદાનું અવલોકન કરવું આવશ્યક છે, માત્ર બાહ્ય જ નહીં, પણ આંતરિક હલનચલનની ઊર્જાને પણ ધ્યાનમાં લેતા. આ કાયદાની આ સામાન્ય રચનાને થર્મોડાયનેમિક્સનો પ્રથમ કાયદો કહેવામાં આવે છે અને તે આ રીતે લખાયેલ છે:

ΔQ = ΔU + ΔA, એટલે કે.

શરીરને અપાતી ગરમીનું પ્રમાણ (ΔQ) આંતરિક ઊર્જા (ΔU) વધારવા અને ગરમી (ΔA) સાથે કામ કરવા માટે જાય છે.

જો કે, જો વિસ્તરતા ગેસ સાથેનું જહાજ પર્યાવરણમાંથી થર્મલી ઇન્સ્યુલેટેડ હોય, તો ત્યાં કોઈ ગરમીનું વિનિમય થશે નહીં, એટલે કે ΔQ = 0. આ સ્થિતિ હેઠળ થતી પ્રક્રિયાને એડિબેટિક કહેવામાં આવે છે. એડિબેટિક પ્રક્રિયા માટે થર્મોડાયનેમિક્સના પ્રથમ નિયમનું સમીકરણ પછી સ્વરૂપ લેશે:

ΔQ = 0 0 = ΔU + ΔA અથવા ΔA = - ΔU. (3)

પરિણામે, એડિબેટિક પ્રક્રિયા દરમિયાન, કાર્ય ફક્ત ગેસની આંતરિક ઊર્જાને કારણે થાય છે. એડિબેટિક વિસ્તરણ દરમિયાન, ગેસ કામ કરે છે, અને તેની આંતરિક ઊર્જા અને તેથી, તાપમાનમાં ઘટાડો થાય છે. એડિબેટિક કમ્પ્રેશન દરમિયાન, ગેસનું કાર્ય નકારાત્મક છે ( બાહ્ય વાતાવરણગેસ પર કામ કરે છે), ગેસની આંતરિક ઊર્જા અને તાપમાન વધે છે.

એડિબેટિક પ્રક્રિયા દરમિયાન ગરમીની ક્ષમતા 0 જેટલી હશે, એટલે કે.

એડિબેટિક પ્રક્રિયાનું વર્ણન કરતું સમીકરણ આ સ્વરૂપ ધરાવે છે:

પીવી γ = const; જ્યાં γ = С Р /С V. (4)

ત્યારથી С Р >С V, પછી γ>1 અને સમીકરણ (4) દ્વારા દર્શાવવામાં આવેલ વળાંક ઇસોથર્મ (ફિગ. 2) કરતાં વધુ ઊંચો છે. એડિબેટિક પ્રક્રિયા દ્વારા કરવામાં આવેલ કાર્યની માત્રા ખાસ કરીને સમીકરણ (3) નો ઉપયોગ કરીને સરળતાથી ગણતરી કરી શકાય છે:

મોનોટોમિક ગેસ માટે C = 12.5 kJ/k mol deg, C r. =C v + =20.8 kJ/k mol deg અને એડિયાબેટિક ઘાતાંક γ=C P /C v =1.67.

સામાન્ય તાપમાને ડાયટોમિક વાયુઓ માટે

g=29.1/20.8=1.4.

પોલિઆટોમિક વાયુઓ માટે, γ એકતાની પણ નજીક છે.

હાઇ-સ્પીડ એન્જિનમાં આંતરિક કમ્બશનઅને જ્યારે નોઝલમાંથી વાયુઓ વહે છે જેટ એન્જિનગેસ વિસ્તરણ પ્રક્રિયા એટલી ઝડપથી આગળ વધે છે કે તેને વ્યવહારીક રીતે એડિબેટિક ગણી શકાય અને

સમીકરણ /4/ નો ઉપયોગ કરીને ગણતરી કરો.

અનુભવ પણ બતાવે છે કે માટે ધ્વનિ સ્પંદનોન્યૂનતમ ફ્રીક્વન્સીઝ સાથે, એક ઓસિલેશન દરમિયાન /~0.1 સે/કોમ્પ્રેસ્ડ/ અને તે રીતે ગરમ/ અને ડિસ્ચાર્જ થાય છે/ અને આમ તરંગના ઠંડા/ પ્રદેશો વચ્ચેનું તાપમાન લેવલ આઉટ થવાનો સમય નથી. વ્યવહારમાં, ધ્વનિ પ્રચારની પ્રક્રિયાને એડિબેટિક ગણી શકાય, તેથી ધ્વનિ પ્રસારની ઝડપ આદર્શ ગેસઅભિવ્યક્તિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:

અહીંથી શોધવાનું સરળ છે:

આમ, γ નું નિર્ધારણ ધ્વનિની ઝડપને માપવા માટે નીચે આવે છે અને સંપૂર્ણ તાપમાનહવા આ કાર્યમાં, અવાજની ગતિ સ્ટેન્ડિંગ વેવ પદ્ધતિ - કુંડત પદ્ધતિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.

II. પ્રાયોગિક ઇન્સ્ટોલેશનનું વર્ણન.

સ્કીમ પ્રાયોગિક સેટઅપઆકૃતિ 3 માં બતાવેલ છે. ટેલિફોન T, જનરેટર 1 થી વિદ્યુત સિગ્નલ મેળવતા, પાઇપ 2 માં ધ્વનિ તરંગો બહાર કાઢે છે. માઇક્રોફોન M પર પહોંચ્યા પછી, ધ્વનિ તરંગ વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે ઇલેક્ટ્રોનિક ઓસિલોસ્કોપ 3 ની ઊભી વિક્ષેપ પ્લેટોને પૂરી પાડવામાં આવે છે. વોલ્ટેજ સાઉન્ડ જનરેટરના આઉટપુટ ટર્મિનલ્સમાંથી સીધા જ આડી ડિફ્લેક્શન પ્લેટ્સ X ને આપવામાં આવે છે. ફોનને ટ્યુબના ડાબા છેડે સખત રીતે ઠીક કરવામાં આવે છે, અને માઇક્રોફોન તેની અંદર મુક્તપણે ખસેડી શકે છે.

X પ્લેટોને પૂરા પાડવામાં આવતા સિગ્નલની સાપેક્ષે Y પ્લેટ્સ પર આવતા સિગ્નલની ફેઝ શિફ્ટ એ અવાજને માઇક્રોફોન અને ટેલિફોન વચ્ચેના અંતરની મુસાફરી કરવામાં જે સમય લાગે છે તેના પર આધાર રાખે છે, અને તરંગલંબાઇ λ નક્કી કરવા માટે તેનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. જ્યારે તમે ઇન્સ્ટોલેશન ચાલુ કરો છો, ત્યારે એલિસ ઓસિલોસ્કોપ સ્ક્રીન પર દૃશ્યમાન હોવું જોઈએ. માઇક્રોફોન અને ફોન વચ્ચેનું અંતર બદલીને, તમે લંબગોળને સીધી રેખામાં ફેરવી શકો છો. જો આપણે હવે માઇક્રોફોનને λ/2 દ્વારા ખસેડીએ, તો સ્ક્રીન પર ફરીથી એક સીધી રેખા દેખાશે, આ વખતે અન્ય ચતુર્થાંશમાંથી પસાર થશે. વધુ વિસ્થાપન સાથે, સીધી રેખા ફરીથી તેની દિશા બદલશે, વગેરે. આમ, લિસાજસ આકૃતિઓ તરીકે ઓળખાતી આકૃતિઓનો ઉપયોગ કરીને, તમે સીધી લંબાઈને માપી શકો છો ધ્વનિ તરંગહવામાં અને અવાજની ઝડપ નક્કી કરવા માટે સૂત્રનો ઉપયોગ કરો, હર્ટ્ઝમાં જનરેટરની આવર્તન ક્યાં છે.

III. માપન હાથ ધરવા માટેની પ્રક્રિયા.

1. ઓસિલોસ્કોપ ચાલુ કરો અને તેને 10 મિનિટ સુધી ગરમ થવા દો.

2. શિક્ષક દ્વારા સેટ કરેલ આવર્તન/આવર્તન સાથે ધ્વનિ જનરેટરને ચાલુ કરો/ જનરેટર આઉટપુટ પર વોલ્ટેજ 1.5 V પર સેટ કરો.

3. માઇક્રોફોન સળિયા સૂચક 5 ને સ્કેલ 4 /Fig/ ની અત્યંત જમણી સ્થિતિ પર સેટ કરો અને ઓસિલોસ્કોપ સ્ક્રીન પર લિસાજસ આકૃતિ /લંબગોળ અથવા સીધી રેખા/ દેખાશે.

4. માઈક્રોફોન સાથે સળિયાને ડાબી બાજુએ ખસેડો, માઇક્રોફોન સળિયા / / ની સ્થિતિને ઠીક કરો, જેના પર લંબગોળ સ્પષ્ટ સીધી રેખામાં ફેરવાય છે, જે નોડ્સને અનુરૂપ છે. સ્થાયી તરંગ/4/ ના સ્કેલ પર સે.મી.માં ગણો.

5. નોડલ પોઈન્ટ વચ્ચેના તફાવતની ગણતરી કરો, જે અડધી તરંગલંબાઈ છે.

11. તારણો દોરો.

IV. પરીક્ષણ પ્રશ્નો.

કાર્ય નંબર 10 જુઓ.