Kūno vidinė energija gali keistis veikiant išorinėms jėgoms. Norint apibūdinti vidinės energijos pokytį šilumos perdavimo metu, įvedamas dydis, vadinamas šilumos kiekiu ir žymimas Q.
Tarptautinėje sistemoje šilumos, taip pat darbo ir energijos vienetas yra džaulis: = = = 1 J.
Praktikoje kartais naudojamas nesisteminis šilumos kiekio vienetas – kalorija. 1 kal. = 4,2 J.
Reikėtų pažymėti, kad terminas „šilumos kiekis“ yra apgailėtinas. Jis buvo pristatytas tuo metu, kai buvo manoma, kad kūnuose yra nesvarus, sunkiai pasiekiamas skystis - kaloringas. Tariamai šilumos mainų procesas susideda iš to, kad kalorijos, tekančios iš vieno kūno į kitą, neša tam tikrą šilumos kiekį. Dabar, žinodami molekulinės kinetinės materijos sandaros teorijos pagrindus, suprantame, kad kūnuose nėra kalorijų, kitoks kūno vidinės energijos keitimo mechanizmas. Tačiau tradicijos galia yra didžiulė ir mes ir toliau vartojame terminą, įvestą remiantis neteisingomis idėjomis apie šilumos prigimtį. Tuo pačiu metu, suprantant šilumos perdavimo prigimtį, nereikėtų visiškai ignoruoti klaidingų nuomonių apie tai. Priešingai, nubrėžus šilumos srauto ir hipotetinio kaloringo skysčio srauto, šilumos kiekio ir kalorijų kiekio analogiją, sprendžiant tam tikrų klasių problemas, galima vizualizuoti vykstančius procesus ir teisingai. išspręsti problemas. Galiausiai kažkada buvo gautos teisingos lygtys, apibūdinančios šilumos perdavimo procesus, remiantis neteisingomis idėjomis apie kaloringumą kaip šilumos nešiklį.
Leiskite mums išsamiau apsvarstyti procesus, kurie gali atsirasti dėl šilumos mainų.
Į mėgintuvėlį įpilkite šiek tiek vandens ir uždarykite kamščiu. Mėgintuvėlį pakabiname ant stove pritvirtinto strypo ir po juo dedame atvirą liepsną. Mėgintuvėlis iš liepsnos gauna tam tikrą šilumos kiekį ir jame esančio skysčio temperatūra pakyla. Kylant temperatūrai, didėja skysčio vidinė energija. Vyksta intensyvus garavimo procesas. Besiplečiantys skysčio garai atlieka mechaninį darbą, kad išstumtų kamštį iš mėgintuvėlio.
Atlikime dar vieną eksperimentą su patrankos modeliu, pagamintu iš žalvario vamzdžio gabalo, kuris yra sumontuotas ant vežimėlio. Vienoje pusėje vamzdelis sandariai uždaromas ebonito kamščiu, per kurį perleidžiamas kaištis. Prie kaiščio ir vamzdelio prilituojami laidai, kurie baigiasi gnybtais, į kuriuos galima tiekti įtampą iš apšvietimo tinklo. Taigi patrankos modelis yra elektrinio katilo tipas.
 |
Į patrankos vamzdį įpilkite šiek tiek vandens ir uždarykite vamzdelį guminiu kamščiu. Prijunkite ginklą prie maitinimo šaltinio. Per vandenį einanti elektros srovė jį šildo. Vanduo užverda, dėl to susidaro intensyvūs garai. Padidėja vandens garų slėgis ir galiausiai jie išstumia kištuką iš pistoleto vamzdžio.
Pistoletas dėl atatrankos nurieda priešinga kištuko išstūmimo kryptimi.
Abi patirtis vienija šios aplinkybės. Kaitinant skystį įvairiais būdais, pakilo skysčio temperatūra ir atitinkamai jo vidinė energija. Kad skystis užvirtų ir intensyviai išgaruotų, reikėjo jį toliau kaitinti.
Skystieji garai dėl savo vidinės energijos atliko mechaninį darbą.
 |
Tiriame kūnui sušildyti reikalingo šilumos kiekio priklausomybę nuo jo masės, temperatūros pokyčių ir medžiagos rūšies. Norėdami ištirti šias priklausomybes, naudosime vandenį ir aliejų. (Temperatūros matavimui eksperimente naudojamas elektrinis termometras, pagamintas iš termoporos, sujungtos su veidrodiniu galvanometru. Viena termoporos jungtis nuleidžiama į indą su šaltu vandeniu, kad būtų užtikrinta pastovi jo temperatūra. Kita termoporos jungtis matuoja skysčio temperatūrą. tiriamas).
Patirtis susideda iš trijų serijų. Pirmoje serijoje, esant pastoviai konkretaus skysčio (mūsų atveju vandens) masei, tiriama šilumos kiekio, reikalingo jam pašildyti, priklausomybė nuo temperatūros pokyčių. Skysčio iš šildytuvo (elektrinės viryklės) gautą šilumos kiekį vertinsime pagal kaitinimo laiką, darydami prielaidą, kad tarp jų yra tiesiogiai proporcingas ryšys. Kad eksperimento rezultatas atitiktų šią prielaidą, būtina užtikrinti stacionarų šilumos srautą iš elektrinės viryklės į šildomą korpusą. Norėdami tai padaryti, elektrinė viryklė buvo prijungta iš anksto, kad iki eksperimento pradžios jos paviršiaus temperatūra nustotų keistis. Kad eksperimento metu skystis pašildytų tolygiau, jį maišysime naudodami pačią termoporą. Termometro rodmenis fiksuosime reguliariais intervalais, kol šviesos taškas pasieks skalės kraštą.
Darykime išvadą: yra tiesioginis proporcingas ryšys tarp šilumos kiekio, reikalingo kūnui sušildyti, ir jo temperatūros pokyčio.
Antroje eksperimentų serijoje lyginsime šilumos kiekius, kurių reikia vienodiems skirtingos masės skysčiams pašildyti, kai jų temperatūra kinta vienodai.
Kad būtų lengviau palyginti gautas vertes, vandens masė antrajam eksperimentui bus laikoma du kartus mažesnė nei pirmojo eksperimento metu.
Termometro rodmenis vėl fiksuosime reguliariais intervalais.
Palyginus pirmojo ir antrojo eksperimentų rezultatus, galima padaryti tokias išvadas.
Trečioje eksperimentų serijoje lyginsime šilumos kiekius, kurių reikia vienodai skirtingų skysčių masėms pašildyti, kai jų temperatūra pasikeičia vienodai.
Ant elektrinės viryklės kaitinsime aliejų, kurio masė lygi vandens masei pirmajame eksperimente. Reguliariai fiksuosime termometro rodmenis.
Eksperimento rezultatas patvirtina išvadą, kad kūnui sušildyti reikalingas šilumos kiekis yra tiesiogiai proporcingas jo temperatūros pokyčiui ir, be to, parodo šio šilumos kiekio priklausomybę nuo medžiagos rūšies.
Kadangi eksperimento metu buvo naudojamas aliejus, kurio tankis mažesnis už vandens tankį, o kaitinant alyvą iki tam tikros temperatūros reikėjo mažiau šilumos nei kaitinant vandenį, galima daryti prielaidą, kad šilumos kiekis, reikalingas kūnui sušildyti, priklauso nuo jo tankis.
Norėdami patikrinti šią prielaidą, vienu metu šildysime vienodas vandens, parafino ir vario mases ant pastovios galios šildytuvo.
Po to laiko vario temperatūra yra maždaug 10 kartų, o parafino - maždaug 2 kartus aukštesnė už vandens temperatūrą.
Tačiau vario tankis yra didesnis, o parafino tankis mažesnis nei vandens.
Patirtis rodo, kad medžiagų, iš kurių susidaro šilumos mainuose dalyvaujantys kūnai, temperatūros kitimo greitį apibūdinantis kiekis nėra tankis. Šis dydis vadinamas specifine medžiagos šilumine talpa ir žymimas raide c.
 |
Skirtingų medžiagų savitosios šiluminės talpos palyginimui naudojamas specialus prietaisas. Prietaisas susideda iš stelažų, prie kurių pritvirtinama plona parafino plokštelė ir juostelė su per ją pravestais strypais. Strypų galuose tvirtinami vienodos masės aliuminio, plieno ir žalvariniai cilindrai.
Įkaitinkime balionus iki tokios pat temperatūros, panardindami į indą su vandeniu, stovintį ant karštos viryklės. Įkaitusius cilindrus pritvirtiname prie stelažų ir atleidžiame nuo tvirtinimo. Cilindrai vienu metu liečiasi su parafino plokštele ir, ištirpdydami parafiną, pradeda į ją skęsti. Tos pačios masės cilindrų panardinimo į parafino plokštę gylis, kai jų temperatūra pasikeičia vienodai, pasirodo, yra skirtingas.
Patirtis rodo, kad aliuminio, plieno ir žalvario savitosios šiluminės talpos skiriasi.
Atlikę atitinkamus kietųjų medžiagų lydymosi, skysčių garinimo ir kuro deginimo eksperimentus, gauname tokias kiekybines priklausomybes.
Norint gauti konkrečių dydžių vienetus, jie turi būti išreiškiami iš atitinkamų formulių ir į gautas išraiškas pakeičiami šilumos vienetai - 1 J, masė - 1 kg, o savitoji šiluminė talpa - 1 K.
Gauname šiuos matavimo vienetus: savitoji šiluminė talpa – 1 J/kg·K, kitos specifinės šilumos: 1 J/kg.
Apibrėžimas
Šilumos kiekis arba tiesiog šiluma($Q$) – vidinė energija, kuri neatlikus darbo šilumos laidumo ar spinduliavimo procesuose perduodama iš aukštesnės temperatūros kūnams žemesnės temperatūros kūnams.
Džaulis yra šilumos kiekio matavimo vienetas SI sistemoje
Šilumos vienetą galima gauti iš pirmojo termodinamikos dėsnio:
\[\Delta Q=A+\Delta U\ \left(1\right),\]
kur $A$ – termodinaminės sistemos darbas; $\Delta U$ - sistemos vidinės energijos pokytis; $\Delta Q$ – tai į sistemą tiekiamos šilumos kiekis.
Iš įstatymo (1), o juo labiau iš jo versijos izoterminiam procesui:
\[\Delta Q=A\ \left(2\right).\]
Akivaizdu, kad Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) džaulis (J) yra energijos ir darbo vienetas.
Džaulį lengva išreikšti pagrindiniais vienetais, jei naudosime energijos apibrėžimą ($E$) tokia forma:
kur $c$ yra šviesos greitis; $m$ yra kūno svoris. Remiantis (2) išraiška, turime:
\[\left=\left=kg\cdot (\left(\frac(m)(s)\right))^2=\frac(kg\cdot m^2)(s^2).\]
Visi standartiniai SI priešdėliai naudojami su džauliu, žyminčiu dešimtainius dalinius ir kartotinius. Pavyzdžiui, $1kJ=(10)^3J$; 1MJ =$(10)^6J$; 1 GJ=$(10)^9J$.
Erg – šilumos kiekio CGS sistemoje matavimo vienetas
CGS sistemoje (centimetras, gramas, sekundė) šiluma matuojama ergais (ergais). Šiuo atveju viena erg yra lygi:
Atsižvelgiant į tai, kad:
gauname ryšį tarp džaulio ir erg:
Kalorija – šilumos kiekio matavimo vienetas
Kalorijos naudojamos kaip nesisteminis vienetas šilumos kiekiui matuoti. Viena kalorija yra lygi šilumos kiekiui, kuris turi būti perduotas vieną kilogramą sveriančiam vandeniui, kad jis pašildytų vienu laipsniu Celsijaus. Santykis tarp džaulio ir kalorijų yra toks:
Tiksliau, jie išskiria:
- Tarptautinė kalorija yra lygi: \
- Termocheminės kalorijos: \
- 15 laipsnių kalorijų, naudojamų šiluminiams matavimams: \
Kalorijos dažnai naudojamos su dešimtainiais priešdėliais, pvz.: kcal (kilokalorijos) $1kcal=(10)^3cal$; Mcal (megakalorijų) 1 Mcal =$(10)^6cal$; Gcal (gigakalorijų) 1 Gcal=$(10)^9cal$.
Kartais kilokalorija vadinama didele kalorija arba kilokalorija.
Problemų su sprendimais pavyzdžiai
1 pavyzdys
Pratimas. Kiek šilumos sugeria vandenilis, sveriantis $m=0,2$kg, kai jis kaitinamas nuo $t_1=0(\rm()^\circ\!C)$ iki $t_2=100(\rm()^\circ\ C) $ esant pastoviam slėgiui? Atsakymą parašykite kilodžauliais.
Sprendimas. Užrašykime pirmąjį termodinamikos dėsnį:
\[\Delta Q=A+\Delta U\ \left(1.1\right).\]
\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \left(1.2\right),\]
čia $i=5$ – vandenilio molekulės laisvės laipsnių skaičius; $\mu =2\cdot (10)^(-3)\frac(kg)(mol)$; $R=8,31\ \frac(J)(mol\cdot K)$; $\Delta T=t_2-t_1$. Pagal sąlygą mes susiduriame su izobariniu procesu. Darbas izobariniame procese lygus:
Atsižvelgdami į (1.2) ir (1.3) išraiškas, paverčiame pirmąjį izobarinio proceso termodinamikos dėsnį į formą:
\[\Delta Q=\frac(m)(\mu )R\Delta T\ +\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T=\frac(m)(\ mu )R\Delta T\left(1+\frac(i)(2)\right)\\left(1.4\right).\]
Pažiūrėkime, kokiais vienetais matuojama šiluma, jei ji apskaičiuojama pagal (1.4) formulę:
\[\left[\Delta Q\right]=\left[\frac(m)(\mu )R\Delta T\left(1+\frac(i)(2)\right)\right]=\left [\frac(m)(\mu )R\Delta T\right]=\frac(\left)(\left[\mu \right])\left\left[\Delta T\right]=\frac(kg )(kg/mol)\cdot \frac(J)(mol\cdot K)\cdot K=J.\]
Atlikime skaičiavimus:
\[\Delta Q=\frac(0.2)(2 (10)^(-3))\cdot 8.31\cdot 100\left(1+\frac(5)(2)\right)\apytiksliai 291\cdot ( 10)^3\left(J\right)=291\\left(kJ\right).\]
Atsakymas.$\Delta Q=291\ $ kJ
2 pavyzdys
Pratimas. Helis, kurio masė $m=1\g$, buvo kaitinamas 100 K, kaip parodyta 1 pav. Kiek šilumos perduodama dujoms? Atsakymą parašykite GHS vienetais.
Sprendimas. 1 paveiksle parodytas izochorinis procesas. Tokiam procesui pirmąjį termodinamikos dėsnį rašome taip:
\[\Delta Q=\Delta U\ \left(2.1\right).\]
Vidinės energijos pokyčius nustatome taip:
\[\Delta U=\frac(i)(2)\frac(m)(\mu )R\Delta T\ \left(2.2\right),\]
čia $i=3$ – helio molekulės laisvės laipsnių skaičius; $\mu =4\frac(g)(mol)$; $R=8,31\cdot (10)^7\ \frac(erg)(mol\cdot K)$; $\Delta T=100\ K.$ Visos reikšmės parašytos SGS. Atlikime skaičiavimus:
\[\Delta Q=\frac(3)(2)\cdot \frac(1)(4)\cdot 8.31\cdot (10)^7\cdot 100\apytiksliai 3\cdot (10)^9( erg) \ \]
Atsakymas.$\Delta Q=3\cdot (10)^9$ erg
Kaip jau žinome, vidinė kūno energija gali keistis tiek dirbant, tiek perduodant šilumą (neatliekant darbo). Pagrindinis skirtumas tarp darbo ir šilumos kiekio yra tas, kad darbas lemia sistemos vidinės energijos pavertimo procesą, kurį lydi energijos transformacija iš vienos rūšies į kitą.
Tuo atveju, kai vidinės energijos pokytis įvyksta padedant šilumos perdavimas, energijos perdavimas iš vieno kūno į kitą atliekamas dėl šilumos laidumas, radiacija arba konvekcija.
Energija, kurią kūnas praranda arba įgyja šilumos perdavimo metu, vadinama šilumos kiekis.
Skaičiuodami šilumos kiekį, turite žinoti, kokie kiekiai jį įtakoja.
Mes šildysime du indus naudodami du vienodus degiklius. Viename inde yra 1 kg vandens, kitame – 2 kg. Vandens temperatūra abiejuose induose iš pradžių yra vienoda. Matome, kad per tą patį laiką vanduo viename iš indų įšyla greičiau, nors abu indai gauna vienodą šilumos kiekį.
Taigi darome išvadą: kuo didesnė tam tikro kūno masė, tuo didesnis šilumos kiekis turi būti išleistas, kad jo temperatūra būtų sumažinta arba padidinta tiek pat laipsnių.
Kai kūnas atvėsęs, jis išskiria didesnį šilumos kiekį kaimyniniams objektams, tuo didesnė jo masė.
Visi žinome, kad jei reikia pašildyti pilną virdulį vandens iki 50°C temperatūros, šiam veiksmui sugaištume mažiau laiko, nei pašildydami virdulį tokiu pat kiekiu vandens, bet tik iki 100°C. Pirmuoju atveju vandeniui bus atiduodama mažiau šilumos nei antruoju atveju.
Taigi šildymui reikalingas šilumos kiekis tiesiogiai priklauso nuo to, ar kiek laipsnių kūnas gali sušilti. Galime daryti išvadą: šilumos kiekis tiesiogiai priklauso nuo kūno temperatūros skirtumo.
Bet ar galima nustatyti šilumos kiekį, kurio reikia ne vandeniui, o kokiai kitai medžiagai, tarkime, aliejui, švinui ar geležiui pašildyti?
Užpildykite vieną indą vandeniu, o kitą - augaliniu aliejumi. Vandens ir aliejaus masės yra lygios. Abu indus šildysime tolygiai ant vienodų degiklių. Pradėkime eksperimentą esant vienodai pradinei augalinio aliejaus ir vandens temperatūrai. Po penkių minučių, išmatavę įkaitinto aliejaus ir vandens temperatūras, pastebėsime, kad aliejaus temperatūra yra daug aukštesnė už vandens temperatūrą, nors abu skysčiai gavo tiek pat šilumos.
Akivaizdi išvada yra tokia: Kaitinant vienodą alyvos ir vandens masę toje pačioje temperatūroje, reikalingi skirtingi šilumos kiekiai.
Ir iš karto darome kitą išvadą: šilumos kiekis, reikalingas kūnui sušildyti, tiesiogiai priklauso nuo medžiagos, iš kurios susideda pats kūnas (medžiagos tipo).
Taigi, šilumos kiekis, reikalingas kūnui pašildyti (arba išsiskiriantis aušinant), tiesiogiai priklauso nuo kūno masės, jo temperatūros kintamumo ir medžiagos rūšies.
Šilumos kiekis žymimas simboliu Q. Kaip ir kitos skirtingos energijos rūšys, šilumos kiekis matuojamas džauliais (J) arba kilodžauliais (kJ).
1 kJ = 1000 J
Tačiau istorija rodo, kad mokslininkai šilumos kiekį pradėjo matuoti dar gerokai anksčiau, nei fizikoje atsirado energijos sąvoka. Tuo metu šilumos kiekiui matuoti buvo sukurtas specialus vienetas – kalorija (cal) arba kilokalorija (kcal). Žodis turi lotyniškas šaknis, kalorija – šiluma.
1 kcal = 1000 cal
Kalorijų– tiek šilumos reikia 1 g vandens pašildyti 1°C
1 cal = 4,19 J ≈ 4,2 J
1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ
Vis dar turite klausimų? Nežinote, kaip atlikti namų darbus?
Norėdami gauti pagalbos iš dėstytojo, užsiregistruokite.
Pirma pamoka nemokama!
svetainėje, kopijuojant visą medžiagą ar jos dalį, būtina nuoroda į šaltinį.
Šioje pamokoje aptariama šilumos kiekio sąvoka.
Jei iki šiol mes svarstėme bendrąsias savybes ir reiškinius, susijusius su šiluma, energija ar jų perdavimu, tai dabar atėjo laikas susipažinti su kiekybinėmis šių sąvokų charakteristikomis. Tiksliau, pristatykite šilumos kiekio sąvoką. Visi tolesni skaičiavimai, susiję su energijos ir šilumos transformacijomis, bus pagrįsti šia koncepcija.
Apibrėžimas
Šilumos kiekis yra energija, kuri perduodama šilumos perdavimo būdu.
Panagrinėkime klausimą: kaip išreikšime šį šilumos kiekį?
Šilumos kiekis yra susijęs su vidinė energija kūno, todėl kūnui gavus energiją jo vidinė energija didėja, o atiduodant – mažėja (1 pav.).
Ryžiai. 1. Šilumos kiekio ir vidinės energijos santykis
Panašias išvadas galima daryti ir apie kūno temperatūrą (2 pav.).
Ryžiai. 2. Šilumos kiekio ir temperatūros ryšys
Vidinė energija išreiškiama džauliais (J). Tai reiškia, kad šilumos kiekis taip pat matuojamas džauliais (SI):
Standartinis šilumos kiekio žymėjimas.
Norėdami sužinoti, nuo ko tai priklauso, atliksime 3 eksperimentus.
1 eksperimentas
Paimkime du vienodus kūnus, bet skirtingas mases. Pavyzdžiui, paimkime dvi vienodas keptuves ir į jas supilkime skirtingą kiekį vandens (tos pačios temperatūros).
Akivaizdu, kad norint užvirti puodą, kuriame yra daugiau vandens, prireiks daugiau laiko. Tai yra, jai reikės suteikti daugiau šilumos.
Iš to galime daryti išvadą, kad šilumos kiekis priklauso nuo masės (tiesiogiai proporcingas – kuo didesnė masė, tuo didesnis šilumos kiekis).
Ryžiai. 3. Eksperimentas Nr.1
2 eksperimentas
Antrajame eksperimente kaitinsime tos pačios masės kūnus iki skirtingų temperatūrų. Tai yra, paimkime dvi tos pačios masės vandens puodus ir vieną iš jų įkaitinkime iki , o antrą, pavyzdžiui, iki .
Akivaizdu, kad norint įkaitinti keptuvę iki aukštesnės temperatūros, tai užtruks daugiau laiko, tai yra, reikės perduoti daugiau šilumos.
Iš to galime daryti išvadą, kad šilumos kiekis priklauso nuo temperatūrų skirtumo (tiesiogiai proporcingas – kuo didesnis temperatūrų skirtumas, tuo didesnis šilumos kiekis).
Ryžiai. 4. Eksperimentas Nr.2
Eksperimentas Nr.3
Trečiajame eksperimente nagrinėsime šilumos kiekio priklausomybę nuo medžiagos savybių. Norėdami tai padaryti, paimkite dvi keptuves ir į vieną iš jų supilkite vandenį, o į kitą – saulėgrąžų aliejų. Tokiu atveju vandens ir aliejaus temperatūros ir masės turi būti vienodos. Abi keptuves įkaitinsime iki vienodos temperatūros.
Įkaitinti vandens puodą užtruks ilgiau, vadinasi, reikės skleisti daugiau šilumos.
Iš to galime daryti išvadą, kad šilumos kiekis priklauso nuo medžiagos rūšies (apie tai, kaip tiksliai, pakalbėsime kitoje pamokoje).
Ryžiai. 5. Eksperimentas Nr.3
Po eksperimentų galime daryti išvadą, kad tai priklauso nuo:
- nuo kūno svorio;
- jo temperatūros pokyčiai;
- medžiagos rūšis.
Atkreipkime dėmesį į tai, kad visais mūsų nagrinėtais atvejais nekalbame apie fazių perėjimus (tai yra apie medžiagos agregatinės būsenos pokyčius).
Tuo pačiu metu šilumos kiekio skaitinė vertė gali priklausyti ir nuo jo matavimo vienetų. Be džaulio, kuris yra SI vienetas, naudojamas kitas šilumos kiekio matavimo vienetas - kalorijų(išvertus kaip „šiluma“, „šiluma“).
Tai gana maža vertė, todėl dažniau vartojama kilokalorijų sąvoka: 
. Ši vertė atitinka šilumos kiekį, kuris turi būti perduotas vandeniui, kad jis pašildytų .
Kitoje pamokoje apžvelgsime savitosios šiluminės talpos sąvoką, kuri siejasi su medžiaga ir šilumos kiekiu.
Bibliografija
- Gendenšteinas L.E., Kaidalovas A.B., Koževnikovas V.B. / Red. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizika 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010 m.
- Fadeeva A.A., Zasovas A.V., Kiselevas D.F. Fizika 8. - M.: Švietimas.
- Interneto portalas festival.1september.ru ()
- Interneto portalas „class-fizika.narod.ru“ ()
- Interneto portalas „school.xvatit.com“ ()
Namų darbai
- Puslapis 20, 7 pastraipa, klausimai Nr.1-6. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010 m.
- Kodėl vanduo ežere per naktį atvėsta daug mažiau nei smėlis paplūdimyje?
- Kodėl klimatas, kuriam būdingi staigūs temperatūros pokyčiai tarp dienos ir nakties, vadinamas smarkiai žemyniniu?
„...- Kiek papūgų telpa tavyje, toks tavo ūgis.
- Man labai reikia! Neprarysiu tiek papūgų!...
Iš filmo „38 papūgos“
Pagal tarptautines SI (International System of Units) taisykles, šiluminės energijos arba šilumos kiekis matuojamas džauliais [J], taip pat yra keli vienetai kilodžauliai [kJ] = 1000 J., MegaJoule [MJ] = 1 000 000 J, GigaJoule [ GJ] = 1 000 000 000 J. ir tt Šis šiluminės energijos matavimo vienetas yra pagrindinis tarptautinis vienetas ir dažniausiai naudojamas moksliniams ir moksliniams-techniniams skaičiavimams.
Tačiau visi žinome ar bent kartą girdėjome kitą šilumos (arba tiesiog šilumos) kiekio matavimo vienetą yra kalorija, taip pat kilokalorija, Megakalorija ir Gigakalorija, tai yra priešdėliai kilo, Giga ir Mega. reiškia, žr. pavyzdį su džauliais aukščiau. Mūsų šalyje istoriškai, skaičiuojant šildymo tarifus, nesvarbu, ar tai būtų šildymas elektra, dujiniais ar granuliniais katilais, įprasta atsižvelgti į lygiai vienos Gigakalorijos šilumos energijos kainą.
Taigi, kas yra gigakalorija, kilovatas, kilovatas*valandė arba kilovatas/valanda ir džauliai ir kaip jie yra tarpusavyje susiję?, sužinosite šiame straipsnyje.
Taigi, kaip jau minėta, pagrindinis šiluminės energijos vienetas yra Džaulis. Tačiau prieš kalbant apie matavimo vienetus, iš esmės būtina kasdieniame lygmenyje paaiškinti, kas yra šiluminė energija, kaip ir kodėl ją matuoti.
Visi nuo vaikystės žinome, kad norint sušilti (gauti šiluminę energiją) reikia ką nors padegti, todėl visi kūrenome laužą tradiciniu kuru yra malkos. Taigi, akivaizdu, kad deginant kurą (bet koks: mediena, anglis, granulės, gamtinės dujos, dyzelinis kuras) išsiskiria šiluminė energija (šiluma). Tačiau norint, pavyzdžiui, šildyti skirtingą vandens kiekį, reikia skirtingų malkų (ar kito kuro). Aišku, kad pašildyti du litrus vandens pakanka kelių laužų, o norint paruošti pusę kibiro sriubos visai stovyklai, reikia sukaupti kelis ryšulius malkų. Kad nebūtų matuojami tokie griežti techniniai dydžiai kaip šilumos kiekis ir kuro degimo šiluma su malkų ryšuliais ir sriubos kibirais, šilumininkai nusprendė įvesti aiškumą ir tvarką ir sutiko išrasti šilumos kiekio vienetą. Kad šis vienetas visur būtų vienodas, jis buvo apibrėžiamas taip: normaliomis sąlygomis (atmosferos slėgiu) vienam kilogramui vandens pašildyti vienu laipsniu reikia 4190 kalorijų arba 4,19 kilokalorijų, todėl vienam gramui vandens pašildyti reikia 4190 kalorijų. tūkstantį kartų mažiau šilumos pakaks – 4,19 kalorijos.
Kalorijos yra susijusios su tarptautiniu šiluminės energijos vienetu džauliu tokiu ryšiu:
1 kalorija = 4,19 džaulio.
Taigi, norint pašildyti 1 gramą vandens vienu laipsniu, reikės 4,19 džaulių šiluminės energijos, o vienam kilogramui vandens pašildyti – 4190 džaulių šilumos.
Technologijoje kartu su šiluminės (ir bet kurios kitos) energijos matavimo vienetu yra galios vienetas ir pagal tarptautinę sistemą (SI) tai yra vatas. Galios sąvoka taikoma ir šildymo prietaisams. Jei šildymo įrenginys per 1 sekundę gali tiekti 1 džaulį šiluminės energijos, tai jo galia yra 1 vatas. Galia – tai įrenginio gebėjimas pagaminti (sukurti) tam tikrą kiekį energijos (mūsų atveju – šiluminės energijos) per laiko vienetą. Grįžkime prie mūsų pavyzdžio su vandeniu: norint pašildyti vieną kilogramą (arba litrą, vandens atveju kilogramas yra litras) vandens vienu laipsniu Celsijaus (arba Kelvino, nesvarbu), mums reikia 1 kilokalorijos galia arba 4 190 J šiluminės energijos. Norėdami pašildyti vieną kilogramą vandens per 1 sekundę 1 laipsniu, mums reikia tokios galios įrenginio:
4190 J./1 s. = 4 190 W. arba 4,19 kW.
Jeigu norime per tą pačią sekundę pašildyti savo kilogramą vandens 25 laipsniais, tai mums reikės dvidešimt penkis kartus daugiau galios, t.y.
4,19*25 =104,75 kW.
Taigi galime daryti išvadą, kad galia yra 104,75 kW. per vieną sekundę sušildo 1 litrą vandens 25 laipsniais.
Kadangi pasiekėme vatus ir kilovatus, turėtume pasakyti keletą žodžių apie juos. Kaip jau minėta, vatai yra galios vienetas, įskaitant katilo šiluminę galią, tačiau be dujinių katilų, žmonija yra susipažinusi ir su elektriniais katilais, kurių galia matuojama, žinoma, tais pačiais kilovatais ir jie suvartoja ne granules ar dujas, o elektros energiją, kurios kiekis matuojamas kilovatvalandėmis. Teisingas energijos vieneto kilovatas*valandas (būtent kilovatas padaugintas iš valandos, nepadalytas), rašymas kW/valandas yra klaida!
Elektriniuose katiluose elektros energija paverčiama šilumine energija (vadinamoji Džaulio šiluma), o jei katilas sunaudojo 1 kWh elektros, tai kiek šilumos pagamino? Norėdami atsakyti į šį paprastą klausimą, turite atlikti paprastą skaičiavimą.
Paverskime kilovatus į kilodžaulius per sekundę (kilodžaulius per sekundę), o valandas į sekundes: per valandą yra 3600 sekundžių, gauname:
1 kW*valanda = [1 kJ/s]*3600 s.=1 000 J *3600 s = 3 600 000 džaulių arba 3,6 MJ.
Taigi,
1 kW*valanda = 3,6 MJ.
Savo ruožtu 3,6 MJ/4,19 = 0,859 Mcal = 859 kcal = 859 000 cal. Energija (šiluminė).
Dabar pereikime prie „Gigacalories“, kurių kainą šilumos inžinieriai mėgsta skaičiuoti įvairioms kuro rūšims.
1 Gcal = 1 000 000 000 cal.
1 000 000 000 kal. = 4,19 * 1 000 000 000 = 4 190 000 000 J. = 4 190 MJ. = 4,19 GJ.
Arba, žinodami, kad 1 kW*valanda = 3,6 MJ, perskaičiuokime 1 gigakaloriją kilovatui*valandai:
1 Gcal = 4190 MJ/3,6 MJ = 1 163 kW*val.!
Jei perskaitę šį straipsnį nuspręsite pasikonsultuoti su mūsų įmonės specialistu bet kokiu su šilumos tiekimu susijusiu klausimu, tuomet jūs
