Kaip manote, kas greičiau įkaista ant viryklės: litras vandens puode ar pats puodas, sveriantis 1 kilogramą? Kūnų masė yra vienoda, galima daryti prielaidą, kad kaitinimas vyks tokiu pat greičiu.
Bet taip nebuvo! Galite atlikti eksperimentą – kelioms sekundėms padėkite tuščią puodą ant ugnies, tik nesudeginkite ir prisiminkite, iki kokios temperatūros jis įkais. Ir tada į keptuvę supilkite lygiai tokio pat svorio vandens, koks yra keptuvės svoris. Teoriškai vanduo turėtų įkaisti iki tokios pat temperatūros kaip tuščia keptuvė dvigubai ilgiau, nes tokiu atveju įkaista jie abu – ir vanduo, ir keptuvė.
Tačiau net ir palaukę tris kartus ilgiau būsite įsitikinę, kad vanduo vis tiek įkais mažiau. Vanduo užtruks beveik dešimt kartų ilgiau, kad pasiektų tokią pačią temperatūrą kaip ir tokio pat svorio keptuvė. Kodėl tai vyksta? Kas neleidžia vandeniui įkaisti? Kodėl gamindami maistą turėtume eikvoti papildomai dujiniam šildymui vandenį? Kadangi yra fizikinis dydis, vadinamas specifine medžiagos šilumine talpa.
Medžiagos savitoji šiluminė talpa
Ši reikšmė parodo, kiek šilumos turi būti perduota vieną kilogramą sveriančiam kūnui, kad jo temperatūra pakiltų vienu laipsniu Celsijaus. Matuojama J/(kg * ˚С). Ši vertė egzistuoja ne dėl savo užgaidos, o dėl skirtingų medžiagų savybių.
Savitoji vandens šiluma yra maždaug dešimt kartų didesnė už geležies specifinę šilumą, todėl keptuvė įkais dešimt kartų greičiau nei vanduo joje. Įdomu, kad ledo savitoji šiluminė talpa yra perpus mažesnė nei vandens. Todėl ledas įkais dvigubai greičiau nei vanduo. Ledą ištirpdyti lengviau nei šildyti vandenį. Kad ir kaip keistai tai skambėtų, tai yra faktas.
Šilumos kiekio apskaičiavimas
Savitoji šiluminė talpa nurodoma raide c Ir naudojama šilumos kiekio apskaičiavimo formulėje:
Q = c*m*(t2 – t1),
kur Q yra šilumos kiekis,
c - savitoji šiluminė talpa,
m - kūno svoris,
t2 ir t1 yra atitinkamai galutinė ir pradinė kūno temperatūra.
Savitosios šiluminės talpos formulė: c = Q / m* (t2 - t1)
Taip pat galite išreikšti pagal šią formulę:
- m = Q / c*(t2-t1) – kūno svoris
- t1 = t2 – (Q / c*m) – pradinė kūno temperatūra
- t2 = t1 + (Q / c*m) – galutinė kūno temperatūra
- Δt = t2 – t1 = (Q / c*m) – temperatūros skirtumas (delta t)
O dujų savitoji šiluminė talpa?Čia viskas painiau. Su kietosiomis medžiagomis ir skysčiais situacija daug paprastesnė. Jų savitoji šiluminė talpa yra pastovi, žinoma ir lengvai apskaičiuojama reikšmė. Kalbant apie specifinę dujų šiluminę talpą, ši vertė įvairiose situacijose labai skiriasi. Paimkime orą kaip pavyzdį. Specifinė oro šiluminė talpa priklauso nuo jo sudėties, drėgmės ir atmosferos slėgio.
Tuo pačiu metu, kylant temperatūrai, dujų tūris didėja, todėl turime įvesti dar vieną reikšmę - pastovų arba kintamą tūrį, kuri taip pat turės įtakos šilumos talpai. Todėl skaičiuojant šilumos kiekį orui ir kitoms dujoms, naudojami specialūs dujų savitosios šiluminės talpos grafikai, priklausomai nuo įvairių veiksnių ir sąlygų.
Energijos kiekis, kurį reikia tiekti 1 g medžiagos, kad jos temperatūra pakiltų 1°C. Pagal apibrėžimą, norint padidinti 1 g vandens temperatūrą 1°C, reikalingas 4,18 J Ekologinis enciklopedinis žodynas. Ekologijos žodynas
specifinė šiluma- [A.S. Goldbergas. Anglų-rusų energetikos žodynas. 2006] Energijos temos apskritai EN specifinė šilumaSH ...
SPECIALUS ŠILUMAS- fizinis dydis, matuojamas šilumos kiekiu, reikalingu 1 kg medžiagos pašildyti 1 K (cm.). SI savitosios šiluminės talpos vienetas (cm) kilogramui kelvinų (J kg∙K)) ... Didžioji politechnikos enciklopedija
specifinė šiluma- savitoji šiluminė talpa statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. šilumos talpa masės vienetui; masės šiluminė talpa; savitoji šiluminė talpa vok. Eigenwarme, f; specifische Wärme, f; spezifische Wärmekapazität, f rus. masė šiluminė galia, f;… … Fizikos terminalų žodynas
Žiūrėkite Šilumos talpa... Didžioji sovietinė enciklopedija
specifinė šiluma- specifinė šiluma... Cheminių sinonimų žodynas I
specifinė dujų šiluminė galia- - Temos naftos ir dujų pramonė LT dujų specifinė šiluma ... Techninis vertėjo vadovas
specifinė alyvos šiluminė talpa- - Temos naftos ir dujų pramonė LT naftos specifinė šiluma ... Techninis vertėjo vadovas
savitoji šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui- [A.S. Goldbergas. Anglų-rusų energetikos žodynas. 2006] Temos: energija apskritai EN savitoji šiluma esant pastoviam slėgiuicpastovaus slėgio savitoji šiluma ... Techninis vertėjo vadovas
savitoji šiluminė talpa esant pastoviam tūriui- [A.S. Goldbergas. Anglų-rusų energetikos žodynas. 2006] Temos: energija apskritai EN savitoji šiluma esant pastoviam tūriui pastovaus tūrio savitoji šilumaCv ... Techninis vertėjo vadovas
Knygos
- Fiziniai ir geologiniai vandens judėjimo giliuose horizontuose pagrindai, V. V. Truškinas Apskritai, knyga skirta vandens temperatūros savireguliacijos dėsniui, kurį autorius atrado 1991 m. knygos pradžia, giluminio judėjimo problemos žinių būklės apžvalga...
Lentelėje parodytos dujinės būsenos helio He termofizinės savybės, priklausomai nuo temperatūros ir slėgio. Lentelėje pateiktos helio termofizinės savybės ir tankis, esant temperatūrai nuo 0 iki 1000 ° C ir slėgiui nuo 1 iki 100 atmosferų.
Reikėtų pažymėti, kad tokios helio savybės kaip šiluminis difuziškumas ir kinematinis klampumas labai priklauso nuo temperatūros, o jų reikšmės padidėja 1000 laipsnių kaitinimo tvarka. Didėjant slėgiui, šios helio savybės mažėja, o helio tankis žymiai padidėja.
Normaliomis sąlygomis helio tankis yra 0,173 kg/m3(esant 0°C temperatūrai ir normaliam atmosferos slėgiui). Didėjant helio slėgiui, jo tankis proporcingai didėja, pavyzdžiui, esant 10 atm. Helio tankis jau bus 1,719 kg/m 3 (esant tokiai pačiai temperatūrai). Toliau suspaudus šias dujas iki 100 atm. Helio tankis taps lygus 16,45 kg/m 3. Taigi helio tankis, palyginti su pradine verte (esant atmosferos slėgiui), padidėja beveik šimtą kartų.
Kaip žinoma, mažiausias tankis turi tokias dujas kaip, o helis užima antrą vietą tarp dujų pagal tankį.
Helis laikomas optimaliausiomis dujomis aeronautikoje naudojamiems balionams užpildyti, nes, skirtingai nei vandenilis, jis nesudaro sprogstamojo mišinio su oru.
Kadangi helio tankis yra daug mažesnis nei oro, esant tokiai pačiai temperatūrai, balionai ir balionai, užpildyti heliu, turi gerą kėlimo jėgą. Pakankamai mažas helio tankis leidžia sukurti nepilotuojamus didelio aukščio oro balionus, skirtus oro ir moksliniams tyrimams.
Kaip aukštai gali pakilti helio balionas? kildamas aukštyje jis pradeda mažėti ir maždaug 33...36 km aukštyje prilygs helio tankiui balione, o jo kilimas sustos.
Lentelėje parodytos šios helio savybės:
- helio tankis γ , kg/m 3 ;
- specifinė šiluma S p , kJ/(kg deg.);
- šilumos laidumo koeficientas λ , W/(m deg);
- dinaminis klampumas μ , ;
- šiluminis difuziškumas a , m 2 /s;
- kinematinis klampumas ν , m 2 /s;
- Prandtl numeris Pr .
Pastaba: Būkite atsargūs! Šilumos laidumas lentelėje nurodytas 10 2 laipsniu. Nepamirškite padalyti iš 100.
Helio šilumos laidumas esant normaliam atmosferos slėgiui.
Helio šilumos laidumo vertės esant normaliam atmosferos slėgiui, priklausomai nuo temperatūros, pateiktos lentelėje.
Šilumos laidumas (matmenyje W/(m deg)) nurodomas helio dujoms temperatūros diapazone nuo -203 iki 1727 °C.
Pastaba: Būkite atsargūs! Lentelėje helio šilumos laidumas nurodytas laipsniais 10 3. Nepamirškite padalyti iš 1000. Pagal šilumos laidumo lentelę matyti, kad jo reikšmės didėja didėjant helio temperatūrai.
Helio šilumos laidumas aukštoje temperatūroje.
Lentelėje parodytas helio šilumos laidumas esant normaliam atmosferos slėgiui ir aukštai temperatūrai.
Dujinės būsenos helio šilumos laidumas pateiktas 2500...6000 K temperatūrų diapazone.
Pastaba: Būkite atsargūs! Lentelėje helio šilumos laidumas nurodytas laipsniais 10 3. Nepamirškite padalyti iš 1000. Helio šilumos laidumo koeficiento reikšmė didėja kylant temperatūrai ir pasiekia 1,2 W/(m deg) reikšmę esant 6000 K.
Skysto helio šilumos laidumas žemoje temperatūroje.
Pateikiamos skysto helio šilumos laidumo vertės esant normaliam atmosferos slėgiui ir itin žemai temperatūrai.
Helio šilumos laidumas skystoje būsenoje pateiktas lentelėje esant 2,3...4,2 K (-270,7...-268,8°C) temperatūrai.
Pastaba: Būkite atsargūs! Lentelėje helio šilumos laidumas nurodytas laipsniais 10 3. Nepamirškite padalyti iš 1000. Helio šilumos laidumas didėja kylant temperatūrai ir esant žemai temperatūrai skystoje būsenoje.
Helio šilumos laidumas priklausomai nuo slėgio ir temperatūros.
Lentelėje parodytas helio šilumos laidumas priklausomai nuo slėgio ir temperatūros.
Šilumos laidumas (matmenys W/(m deg)) nurodomas helio dujoms, kurių temperatūra yra nuo 0 iki 1227 °C ir slėgis nuo 1 iki 300 atm.
Pastaba: Būkite atsargūs! Lentelėje helio šilumos laidumas nurodytas laipsniais 10 3. Nepamirškite padalyti iš 1000. Helio šilumos laidumas turi nedidelę tendenciją didėti didėjant dujų slėgiui.
Skysto helio šiluminė talpa, priklausomai nuo temperatūros.
Lentelėje pateikiamos specifinės (masės) reikšmės skysto helio šiluminė talpa prisotinimo būsenoje, priklausomai nuo temperatūros.
Kaip žinoma, helis gali egzistuoti tik skystoje būsenoje esant labai žemai temperatūrai, artėjant prie absoliutaus nulio.
Skysto helio šiluminė talpa (matmenys kJ/(kg deg)) nurodoma temperatūrų diapazone nuo 1,8 iki 5,05 K.
Šaltiniai:
1.
2. .
3. Fiziniai dydžiai. Katalogas. A.P. Babičevas, N.A. Babuškina, A.M. Bratkovskis ir kiti; Red. I.S. Grigorjeva, E.Z. Meilikhova. - M.: Energoatomizdat, 1991. - 1232 p.
Fizika ir šiluminiai reiškiniai yra gana platus skyrius, kuris nuodugniai nagrinėjamas mokyklos kurse. Ne paskutinė vieta šioje teorijoje skiriama konkretiems dydžiams. Pirmasis iš jų yra specifinė šilumos talpa.
Tačiau žodžio „specifinis“ aiškinimui dažniausiai skiriamas nepakankamas dėmesys. Studentai tai tiesiog prisimena kaip duotybę. Ką tai reiškia?
Jei pažvelgsite į Ožegovo žodyną, galite perskaityti, kad toks kiekis apibrėžiamas kaip santykis. Be to, tai gali būti atliekama atsižvelgiant į masę, tūrį ar energiją. Visi šie kiekiai turi būti lygūs vienetui. Su kuo susijusi savitoji šiluminė talpa?
Į masės ir temperatūros sandaugą. Be to, jų vertės turi būti lygios vienetui. Tai reiškia, kad daliklyje bus skaičius 1, tačiau jo matmenys sujungs kilogramą ir Celsijaus laipsnį. Į tai reikia atsižvelgti formuojant specifinės šiluminės galios apibrėžimą, kuris pateikiamas šiek tiek žemiau. Taip pat yra formulė, iš kurios aišku, kad šie du dydžiai yra vardiklyje.
kas tai?
Medžiagos savitoji šiluminė talpa įvedama tuo metu, kai atsižvelgiama į situaciją su jos kaitinimu. Be jo neįmanoma žinoti, kiek šilumos (ar energijos) reikės šiam procesui. Taip pat apskaičiuokite jo vertę, kai kūnas atvės. Beje, šie du šilumos kiekiai yra lygūs vienas kitam moduliu. Tačiau jie turi skirtingus ženklus. Taigi, pirmuoju atveju tai teigiama, nes energiją reikia eikvoti ir ji persiduoda kūnui. Antroji atšalimo situacija duoda neigiamą skaičių, nes išsiskiria šiluma ir sumažėja vidinė kūno energija.
Šis fizinis dydis žymimas lotyniška raide c. Jis apibrėžiamas kaip tam tikras šilumos kiekis, reikalingas vienam kilogramui medžiagos pašildyti vienu laipsniu. Mokyklos fizikos kurse šis laipsnis yra Celsijaus skalės laipsnis.
Kaip tai suskaičiuoti?
Jei norite sužinoti, kokia yra savitoji šiluminė galia, formulė atrodo taip:
c = Q / (m * (t 2 - t 1)), kur Q yra šilumos kiekis, m - medžiagos masė, t 2 - temperatūra, kurią kūnas įgijo dėl šilumos mainų, t 1 yra pradinė medžiagos temperatūra. Tai yra 1 formulė.
Remiantis šia formule, šio dydžio matavimo vienetas tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) yra J/(kg*ºС).
Kaip iš šios lygybės rasti kitus dydžius?
Pirma, šilumos kiekis. Formulė atrodys taip: Q = c * m * (t 2 - t 1). Tik reikia pakeisti reikšmes SI vienetais. Tai yra masė kilogramais, temperatūra Celsijaus laipsniais. Tai yra 2 formulė.
Antra, medžiagos masė, kuri vėsta arba įkaista. Jo formulė bus tokia: m = Q / (c * (t 2 - t 1)). Tai yra 3 formulė.
Trečia, temperatūros pokytis Δt = t 2 - t 1 = (Q / c * m). Ženklas „Δ“ skaitomas kaip „delta“ ir reiškia kiekio, šiuo atveju temperatūros, pokytį. Formulė Nr.4.
Ketvirta, pradinė ir galutinė medžiagos temperatūra. Medžiagai kaitinti galiojančios formulės atrodo taip: t 1 = t 2 - (Q / c * m), t 2 = t 1 + (Q / c * m). Šios formulės yra Nr. 5 ir 6. Jei problema yra dėl medžiagos aušinimo, tada formulės yra tokios: t 1 = t 2 + (Q / c * m), t 2 = t 1 - (Q / c * m) . Šios formulės yra Nr. 7 ir 8.
Kokias reikšmes tai gali turėti?
Eksperimentiškai buvo nustatyta, kokias vertes jis turi kiekvienai konkrečiai medžiagai. Todėl buvo sukurta speciali specifinės šiluminės talpos lentelė. Dažniausiai joje pateikiami įprastomis sąlygomis galiojantys duomenys.
Koks yra laboratorinis darbas matuojant savitąją šiluminę galią?
Mokyklos fizikos kurse jis apibrėžiamas kietam kūnui. Be to, jo šiluminė talpa apskaičiuojama lyginant su žinoma. Lengviausias būdas tai padaryti su vandeniu.
Darbo metu būtina išmatuoti pradines vandens ir įkaitintos kietosios medžiagos temperatūras. Tada nuleiskite jį į skystį ir palaukite terminės pusiausvyros. Visas eksperimentas atliekamas kalorimetru, todėl energijos nuostolių galima nepaisyti.
Tada reikia užrašyti šilumos kiekio formulę, kurią vanduo gauna kaitinamas iš kietos medžiagos. Antroji išraiška apibūdina energiją, kurią kūnas išskiria vėsdamas. Šios dvi vertės yra lygios. Atlikus matematinius skaičiavimus, belieka nustatyti kietą medžiagą sudarančios medžiagos savitąją šiluminę talpą.
Dažniausiai siūloma jį palyginti su lentelės reikšmėmis, kad būtų galima atspėti, iš kokios medžiagos sudarytas tiriamas kūnas.
Užduotis Nr.1
Būklė. Metalo temperatūra svyruoja nuo 20 iki 24 laipsnių Celsijaus. Tuo pačiu metu jo vidinė energija padidėjo 152 J. Kokia yra metalo savitoji šiluma, jei jo masė yra 100 gramų?
Sprendimas. Norėdami rasti atsakymą, turėsite naudoti formulę, parašytą skaičiumi 1. Yra visi skaičiavimams reikalingi kiekiai. Tiesiog pirmiausia reikia masę paversti kilogramais, kitaip atsakymas bus klaidingas. Kadangi visi kiekiai turi būti priimtini SI.
Viename kilograme yra 1000 gramų. Tai reiškia, kad 100 gramų reikia padalinti iš 1000, gausite 0,1 kilogramo.
Pakeitus visus dydžius gaunama tokia išraiška: c = 152 / (0,1 * (24 - 20)). Skaičiavimai nėra ypač sunkūs. Visų veiksmų rezultatas yra skaičius 380.
Atsakymas: s = 380 J/(kg * ºС).
2 problema
Būklė. Nustatykite galutinę temperatūrą, iki kurios atvės 5 litrų tūrio vanduo, jei jis buvo paimtas 100 ºС ir į aplinką išleido 1680 kJ šilumos.
Sprendimas. Verta pradėti nuo to, kad energija pateikiama nesisteminiame vienete. Kilodžaulius reikia paversti džauliais: 1680 kJ = 1680000 J.
Norint rasti atsakymą, reikia naudoti formulę numeris 8. Tačiau joje atsiranda masė, o užduotyje ji nežinoma. Bet skysčio tūris nurodytas. Tai reiškia, kad galime naudoti formulę, žinomą kaip m = ρ * V. Vandens tankis yra 1000 kg/m3. Bet čia tūrį reikės pakeisti kubiniais metrais. Norint juos paversti iš litrų, reikia padalyti iš 1000. Taigi vandens tūris yra 0,005 m 3.
Pakeitus reikšmes į masės formulę, gaunama tokia išraiška: 1000 * 0,005 = 5 kg. Lentelėje turėsite ieškoti specifinės šilumos talpos. Dabar galite pereiti prie 8 formulės: t 2 = 100 + (1680000 / 4200 * 5).
Pirmasis veiksmas yra padauginti: 4200 * 5. Rezultatas yra 21000. Antrasis yra padalijimas. 1680000: 21000 = 80. Paskutinis yra atimtis: 100 - 80 = 20.
Atsakymas. t 2 = 20 ºС.
3 problema
Būklė. Yra stiklinė, sverianti 100 g, į ją įpilama 50 g vandens. Pradinė vandens temperatūra su stikline yra 0 laipsnių Celsijaus. Kiek šilumos reikia, kad vanduo užvirtų?
Sprendimas. Gera vieta pradėti – įvesti tinkamą užrašą. Tegul duomenų, susijusių su stiklu, indeksas yra 1, o vandens - 2. Lentelėje reikia rasti specifinius šilumos pajėgumus. Stiklinė pagaminta iš laboratorinio stiklo, todėl jos vertė c 1 = 840 J/ (kg * ºC). Vandens duomenys yra: c 2 = 4200 J/ (kg * ºС).
Jų masė nurodoma gramais. Turite juos konvertuoti į kilogramus. Šių medžiagų masės bus žymimos taip: m 1 = 0,1 kg, m 2 = 0,05 kg.
Pateikiama pradinė temperatūra: t 1 = 0 ºС. Apie galutinę vertę žinoma, kad ji atitinka vandens užvirimo tašką. Tai yra t 2 = 100 ºС.
Kadangi stiklas įkaista kartu su vandeniu, reikalingas šilumos kiekis bus dviejų suma. Pirmasis, reikalingas stiklui pašildyti (Q 1), o antrasis naudojamas vandeniui šildyti (Q 2). Norėdami juos išreikšti, jums reikės antros formulės. Jį reikia užrašyti du kartus skirtingais indeksais, o tada juos susumuoti.
Pasirodo, Q = c 1 * m 1 * (t 2 - t 1) + c 2 * m 2 * (t 2 - t 1). Bendrąjį koeficientą (t 2 - t 1) galima išimti iš skliaustų, kad būtų lengviau apskaičiuoti. Tada formulė, kurios reikės šilumos kiekiui apskaičiuoti, bus tokia: Q = (c 1 * m 1 + c 2 * m 2) * (t 2 - t 1). Dabar galite pakeisti užduotyje žinomus kiekius ir apskaičiuoti rezultatą.
Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 - 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29 400 (J).
Atsakymas. Q = 29400 J = 29,4 kJ.
Įvesdami šiluminės talpos sąvoką, nekreipėme dėmesio į vieną esminę aplinkybę: šiluminės talpos priklauso ne tik nuo medžiagos savybių, bet ir nuo proceso, kuriuo vyksta šilumos perdavimas.
Jei šildysite kūną esant pastoviam slėgiui, jis išsiplės ir veiks. Norint pašildyti kūną 1 K esant pastoviam slėgiui, jam reikia perduoti daugiau šilumos nei tuo pačiu kaitinant esant pastoviam tūriui.
Skysti ir kietieji kūnai kaitinant šiek tiek plečiasi, o jų šiluminės talpos esant pastoviam tūriui ir pastoviam slėgiui mažai skiriasi. Tačiau dujoms šis skirtumas yra reikšmingas. Naudojant pirmąjį termodinamikos dėsnį, galima rasti ryšį tarp pastovaus tūrio ir pastovaus slėgio dujų šiluminių talpų.
Dujų šiluminė talpa esant pastoviam tūriui Raskime pastovaus tūrio dujų molinę šiluminę talpą. Pagal šiluminės talpos apibrėžimą
kur Δ T - temperatūros pokytis. Jei procesas vyksta esant pastoviam tūriui, ši šiluminė talpa bus žymima C v . Tada
(5.6.1)
Esant pastoviam garsui, darbas neatliekamas. Todėl pirmasis termodinamikos dėsnis bus parašytas taip:
(5.6.2)
Vieno molio pakankamai išretėjusių (idealių) monoatominių dujų energijos pokytis yra lygus: 
(žr. § 4.8).
Todėl molinė šiluminė talpa esant pastoviam monoatominių dujų tūriui yra lygi:
(5.6.3)
Dujų šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui
Pagal šiluminės talpos apibrėžimą esant pastoviam slėgiui SU r
(5.6.4)
1 molio idealių dujų, besiplečiančių esant pastoviam slėgiui, darbas yra toks:
(5.6.5)
* Iš (5.6.5) formulės aišku, kad universali dujų konstanta skaitine prasme yra lygi darbui, kurį atlieka 1 molis idealių dujų esant pastoviam slėgiui, jei jų temperatūra padidėja 1 K.
Tai išplaukia iš dujų darbo esant pastoviam slėgiui išraiškos A" =pΔ V ir idealių dujų (vieno molio) būsenos lygtis pV = RT.
Idealių dujų vidinė energija nepriklauso nuo tūrio. Todėl net esant pastoviam slėgiui, vidinės energijos pokytis Δ U = C V Δ T, kaip ir esant pastoviam tūriui. Taikydami pirmąjį termodinamikos dėsnį, gauname:
(5.6.6)
Vadinasi, idealių dujų molinės šiluminės talpos yra susijusios su ryšiu
(5.6.7)
Šią formulę pirmasis gavo R. Mayeris ir vadinasi jo vardu.
Esant idealioms monatominėms dujoms
(5.6.8)
Idealių dujų šiluminė talpa izoterminiame procese
Šiluminės talpos sąvoka taip pat gali būti oficialiai įvesta izoterminiam procesui. Kadangi šio proceso metu idealių dujų vidinė energija nekinta, kad ir kiek joms būtų perduodama šilumos, šiluminė talpa yra begalinė.
Idealiųjų dujų molinė šiluminė talpa esant pastoviam slėgiui yra didesnė už šiluminę talpą esant pastoviam tūriui universalios dujų konstantos dydžiuR.
§ 5.7. Adiabatinis procesas
Mes pažvelgėme į izoterminius, izobarinius ir izochorinius procesus. Susipažinus su pirmuoju termodinamikos dėsniu, tampa įmanoma ištirti kitą procesą,- Tai procesas, kuris vyksta sistemoje, kai nėra šilumos mainų su aplinkiniais kūnais. (Tačiau sistema gali dirbti su aplinkiniais kūnais.)
Procesas termoizoliuotoje sistemoje vadinamas adiabatiniu.
Adiabatiniame procese K = 0 ir pagal dėsnį (5.5.3) vidinės energijos pokytis įvyksta tik dėl atlikto darbo:
(5.7.1)
Žinoma, neįmanoma apsupti sistemos apvalkalu, visiškai neįtraukiančiu šilumos mainų. Tačiau daugeliu atvejų realūs procesai yra labai artimi adiabatiniams procesams. Yra korpusų, kurių šilumos laidumas yra mažas, pavyzdžiui, dvigubos sienos su vakuumu tarp jų. Taip gaminami termosai.
Pagal (5.7.1) išraišką, kai sistemoje atliekamas teigiamas darbas, pavyzdžiui, suspaudžiant dujas, jos vidinė energija didėja; dujos įkaista. Priešingai, plečiantis, pačios dujos atlieka teigiamą darbą (A" > 0), bet A< 0 ir jo vidinė energija mažėja; dujos atvėsta.
Dujų slėgio priklausomybė nuo jų tūrio adiabatinio proceso metu pavaizduota kreive, vadinama adiabatine (5.9 pav.). Adiabatas būtinai yra statesnis už izotermą. Iš tiesų, vykstant adiabatiniam procesui, dujų slėgis mažėja ne tik dėl tūrio padidėjimo, kaip ir izoterminio proceso metu, bet ir dėl jų temperatūros sumažėjimo.
Adiabatiniai procesai plačiai naudojami technologijoje. Jie vaidina svarbų vaidmenį gamtoje.
Oro šildymas greito suspaudimo metu buvo pritaikytas dyzeliniuose varikliuose. Šiuose varikliuose nėra degiojo mišinio paruošimo ir uždegimo sistemų, kurios būtinos įprastiems benzininiams vidaus degimo varikliams. Į cilindrą įsiurbiamas ne degus mišinys, o atmosferos oras. Suspaudimo takto pabaigoje specialiu antgaliu į cilindrą įpurškiamas skystas kuras (5.10 pav.). Šiuo metu suslėgto oro temperatūra yra tokia aukšta, kad kuras užsidega.
Kadangi dyzeliniame variklyje suspaudžiamas ne degusis mišinys, o oras, šio variklio suspaudimo laipsnis yra didesnis, o tai reiškia, kad dyzelinių variklių efektyvumas yra didesnis nei įprastų vidaus degimo variklių. Be to, jie gali dirbti su pigesniu, žemos kokybės kuru. Tačiau dyzelinis variklis turi ir trūkumų: dėl didelio suspaudimo laipsnio ir didelio darbinio slėgio šie varikliai tampa masyvesni ir dėl to inerciškesni – jie galią įgyja lėčiau. Dyzelinius variklius gaminti ir eksploatuoti sudėtingiau, tačiau jie pamažu keičia įprastus automobiliuose naudojamus benzininius variklius.
Dujų aušinimas adiabatinio plėtimosi metu vyksta dideliu mastu Žemės atmosferoje. Šildomas oras kyla ir plečiasi, kai atmosferos slėgis mažėja didėjant aukščiui. Šį išsiplėtimą lydi didelis aušinimas. Dėl to kondensuojasi vandens garai ir susidaro debesys.
