« Fizikë - klasa e 10-të"
Në cilat procese ndodhin transformimet agregate të materies?
Si mund ta ndryshoni gjendjen e grumbullimit të një substance?
Ju mund të ndryshoni energjinë e brendshme të çdo trupi duke bërë punë, duke e ngrohur ose, anasjelltas, duke e ftohur atë.
Pra, gjatë farkëtimit të një metali, punohet dhe nxehet, në të njëjtën kohë metali mund të nxehet mbi një flakë djegëse.
Gjithashtu, nëse rregulloni pistonin (Fig. 13.5), atëherë vëllimi i gazit nuk ndryshon kur nxehet dhe nuk bëhet asnjë punë. Por temperatura e gazit, dhe për këtë arsye energjia e brendshme e tij, rritet.
Energjia e brendshme mund të rritet dhe ulet, kështu që sasia e nxehtësisë mund të jetë pozitive dhe negative.
Procesi i transferimit të energjisë nga një trup në tjetrin pa kryer punë quhet shkëmbimi i nxehtësisë.
Masa sasiore e ndryshimit të energjisë së brendshme gjatë transferimit të nxehtësisë quhet sasia e nxehtësisë.
Pamja molekulare e transferimit të nxehtësisë.
Gjatë shkëmbimit të nxehtësisë në kufirin midis trupave, ndodh ndërveprimi i molekulave që lëvizin ngadalë të një trupi të ftohtë me molekulat me lëvizje të shpejtë të një trupi të nxehtë. Si rezultat, energjitë kinetike të molekulave barazohen dhe shpejtësitë e molekulave të një trupi të ftohtë rriten dhe ato të një trupi të nxehtë zvogëlohen.
Gjatë shkëmbimit të nxehtësisë, energjia nuk shndërrohet nga një formë në tjetrën, një pjesë e energjisë së brendshme të një trupi më të nxehtë transferohet në një trup më pak të nxehtë.
Sasia e nxehtësisë dhe kapaciteti i nxehtësisë.
Ju tashmë e dini se për të ngrohur një trup me masë m nga temperatura t 1 në temperaturën t 2, është e nevojshme të transferoni një sasi nxehtësie në të:
Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)
Kur një trup ftohet, temperatura e tij përfundimtare t 2 rezulton të jetë më e vogël se temperatura fillestare t 1 dhe sasia e nxehtësisë që lëshohet nga trupi është negative.
Koeficienti c në formulën (13.5) quhet kapaciteti specifik i nxehtësisë substancave.
Nxehtësia specifike- kjo është një sasi numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë që merr ose lëshon një substancë me peshë 1 kg kur temperatura e saj ndryshon me 1 K.
Kapaciteti specifik termik i gazrave varet nga procesi me të cilin ndodh transferimi i nxehtësisë. Nëse ngrohni një gaz me presion konstant, ai do të zgjerohet dhe do të funksionojë. Për të ngrohur një gaz me 1 °C me presion konstant, ai duhet të transferojë më shumë nxehtësi sesa ta ngrohë atë në një vëllim konstant, kur gazi vetëm do të nxehet.
Lëngjet dhe lëndët e ngurta zgjerohen pak kur nxehen. Kapacitetet e tyre specifike të nxehtësisë në vëllim konstant dhe presion konstant ndryshojnë pak.
Nxehtësia specifike e avullimit.
Për të shndërruar një lëng në avull gjatë procesit të zierjes, duhet të transferohet një sasi e caktuar nxehtësie në të. Temperatura e një lëngu nuk ndryshon kur vlon. Shndërrimi i një lëngu në avull në një temperaturë konstante nuk çon në një rritje të energjisë kinetike të molekulave, por shoqërohet me një rritje të energjisë potenciale të ndërveprimit të tyre. Në fund të fundit, distanca mesatare midis molekulave të gazit është shumë më e madhe se midis molekulave të lëngshme.
Një sasi numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të kthyer një lëng që peshon 1 kg në avull në një temperaturë konstante quhet nxehtësia specifike e avullimit.
Procesi i avullimit të një lëngu ndodh në çdo temperaturë, ndërsa molekulat më të shpejta largohen nga lëngu dhe ai ftohet gjatë avullimit. Nxehtësia specifike e avullimit është e barabartë me nxehtësinë specifike të avullimit.
Kjo vlerë shënohet me shkronjën r dhe shprehet në xhaul për kilogram (J/kg).
Nxehtësia specifike e avullimit të ujit është shumë e lartë: r H20 = 2,256 10 6 J/kg në një temperaturë prej 100 °C. Për lëngje të tjera, për shembull alkool, eter, merkur, vajguri, nxehtësia specifike e avullimit është 3-10 herë më pak se ajo e ujit.
Për të kthyer një lëng me masë m në avull, kërkohet një sasi nxehtësie e barabartë me:
Q p = rm. (13.6)
Kur avulli kondensohet, lirohet e njëjta sasi nxehtësie:
Q k = -rm. (13.7)
Nxehtësia specifike e shkrirjes.
Kur një trup kristalor shkrihet, e gjithë nxehtësia që i jepet shkon për të rritur energjinë potenciale të ndërveprimit midis molekulave. Energjia kinetike e molekulave nuk ndryshon, pasi shkrirja ndodh në një temperaturë konstante.
Një vlerë numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të shndërruar një substancë kristalore që peshon 1 kg në pikën e shkrirjes në një lëng quhet nxehtësia specifike e shkrirjes dhe shënohet me shkronjën λ.
Kur një substancë që peshon 1 kg kristalizohet, lëshohet saktësisht e njëjta sasi nxehtësie sa përthithet gjatë shkrirjes.
Nxehtësia specifike e shkrirjes së akullit është mjaft e lartë: 3,34 10 5 J/kg.
“Nëse akulli nuk do të kishte një nxehtësi të lartë të shkrirjes, atëherë në pranverë e gjithë masa e akullit do të duhej të shkrihej në pak minuta ose sekonda, pasi nxehtësia transferohet vazhdimisht në akull nga ajri. Pasojat e kësaj do të ishin të tmerrshme; në fund të fundit, edhe në situatën aktuale, përmbytjet e mëdha dhe rrjedhat e forta të ujit lindin kur masa të mëdha akulli ose bore shkrihen. R. Black, shekulli XVIII.
Për të shkrirë një trup kristalor me masë m, kërkohet një sasi nxehtësie e barabartë me:
Qpl = λm. (13.8)
Sasia e nxehtësisë që çlirohet gjatë kristalizimit të një trupi është e barabartë me:
Q cr = -λm (13.9)
Ekuacioni i bilancit të nxehtësisë.
Le të shqyrtojmë shkëmbimin e nxehtësisë brenda një sistemi të përbërë nga disa trupa që fillimisht kanë temperatura të ndryshme, për shembull, shkëmbimin e nxehtësisë midis ujit në një enë dhe një topi të nxehtë hekuri të ulur në ujë. Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, sasia e nxehtësisë që lëshohet nga një trup është numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë së marrë nga një tjetër.
Sasia e nxehtësisë së dhënë konsiderohet negative, sasia e nxehtësisë së marrë konsiderohet pozitive. Prandaj, sasia totale e nxehtësisë Q1 + Q2 = 0.
Nëse shkëmbimi i nxehtësisë ndodh midis disa trupave në një sistem të izoluar, atëherë
Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)
Quhet ekuacioni (13.10). ekuacioni i bilancit të nxehtësisë.
Këtu Q 1 Q 2, Q 3 janë sasitë e nxehtësisë së marrë ose të lëshuar nga trupat. Këto sasi nxehtësie shprehen me formulën (13.5) ose formulat (13.6)-(13.9), nëse gjatë procesit të shkëmbimit të nxehtësisë ndodhin transformime të ndryshme fazore të substancës (shkrirja, kristalizimi, avullimi, kondensimi).
SHKËMBIMI I NXEHTËSISË.
1. Shkëmbimi i nxehtësisë.
Shkëmbimi i nxehtësisë ose transferimi i nxehtësisëështë procesi i transferimit të energjisë së brendshme të një trupi në tjetrin pa kryer punë.
Ekzistojnë tre lloje të transferimit të nxehtësisë.
1) Përçueshmëri termike- Ky është shkëmbimi i nxehtësisë midis trupave gjatë kontaktit të tyre të drejtpërdrejtë.
2) Konvekcioni- Ky është shkëmbimi i nxehtësisë në të cilin nxehtësia transferohet nga rrjedhat e gazit ose lëngjeve.
3) Rrezatimi- Ky është shkëmbimi i nxehtësisë përmes rrezatimit elektromagnetik.
2. Sasia e nxehtësisë.
Sasia e nxehtësisë është një masë e ndryshimit në energjinë e brendshme të një trupi gjatë shkëmbimit të nxehtësisë. Shënohet me shkronjën P.
Njësia për matjen e sasisë së nxehtësisë = 1 J.
Sasia e nxehtësisë e marrë nga një trup nga një trup tjetër si rezultat i shkëmbimit të nxehtësisë mund të shpenzohet për rritjen e temperaturës (rritja e energjisë kinetike të molekulave) ose ndryshimi i gjendjes së grumbullimit (rritja e energjisë potenciale).
3. Kapaciteti specifik termik i substancës.
Përvoja tregon se sasia e nxehtësisë e nevojshme për të ngrohur një trup me masë m nga temperatura T 1 në temperaturën T 2 është proporcionale me masën e trupit m dhe ndryshimin e temperaturës (T 2 - T 1), d.m.th.
P = cm(T 2 - T 1 ) = smΔ T,
Me quhet kapaciteti termik specifik i substancës së trupit të ndezur.
Kapaciteti specifik i nxehtësisë i një lënde është i barabartë me sasinë e nxehtësisë që duhet t'i jepet 1 kg substancë për ta ngrohur atë me 1 K.
Njësia matëse e kapacitetit specifik të nxehtësisë =.
Vlerat e kapacitetit të nxehtësisë për substanca të ndryshme mund të gjenden në tabelat fizike.
Saktësisht e njëjta sasi nxehtësie Q do të çlirohet kur trupi të ftohet nga ΔT.
4.Nxehtësia specifike e avullimit.
Përvoja tregon se sasia e nxehtësisë e nevojshme për të kthyer një lëng në avull është në proporcion me masën e lëngut, d.m.th.
P = Lm,
ku është koeficienti i proporcionalitetit L quhet nxehtësia specifike e avullimit.
Nxehtësia specifike e avullimit është e barabartë me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të kthyer 1 kg lëng në pikën e vlimit në avull.
Një njësi matëse për nxehtësinë specifike të avullimit.
Gjatë procesit të kundërt, kondensimit të avullit, nxehtësia lëshohet në të njëjtën sasi që është shpenzuar për formimin e avullit.
5.Nxehtësia specifike e shkrirjes.
Përvoja tregon se sasia e nxehtësisë e nevojshme për të shndërruar një të ngurtë në lëng është në përpjesëtim me masën e trupit, d.m.th.
P = λ m,
ku koeficienti i proporcionalitetit λ quhet nxehtësia specifike e shkrirjes.
Nxehtësia specifike e shkrirjes është e barabartë me sasinë e nxehtësisë që është e nevojshme për të transformuar një trup të ngurtë që peshon 1 kg në një lëng në pikën e shkrirjes.
Një njësi matëse për nxehtësinë specifike të shkrirjes.
Gjatë procesit të kundërt, kristalizimit të lëngut, nxehtësia lëshohet në të njëjtën sasi që është shpenzuar për shkrirjen.
6. Nxehtësia specifike e djegies.
Përvoja tregon se sasia e nxehtësisë që çlirohet gjatë djegies së plotë të karburantit është në proporcion me masën e karburantit, d.m.th.
P = qm,
Ku koeficienti i proporcionalitetit q quhet nxehtësi specifike e djegies.
Nxehtësia specifike e djegies është e barabartë me sasinë e nxehtësisë së çliruar gjatë djegies së plotë të 1 kg karburant.
Njësia matëse e nxehtësisë specifike të djegies.
7. Ekuacioni i bilancit të nxehtësisë.
Shkëmbimi i nxehtësisë përfshin dy ose më shumë trupa. Disa trupa lëshojnë nxehtësi, ndërsa të tjerët e marrin atë. Shkëmbimi i nxehtësisë ndodh derisa temperaturat e trupave të bëhen të barabarta. Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, sasia e nxehtësisë që lëshohet është e barabartë me sasinë që merret. Mbi këtë bazë, shkruhet ekuacioni i bilancit të nxehtësisë.
Le të shohim një shembull.
Një trup me masë m 1, kapaciteti termik i të cilit është c 1, ka një temperaturë T 1, dhe një trup me masë m 2, kapaciteti i nxehtësisë i të cilit është c 2, ka një temperaturë T 2. Për më tepër, T 1 është më i madh se T 2. Këto trupa vihen në kontakt. Përvoja tregon se një trup i ftohtë (m 2) fillon të nxehet dhe një trup i nxehtë (m 1) fillon të ftohet. Kjo sugjeron që një pjesë e energjisë së brendshme të trupit të nxehtë transferohet në atë të ftohtë dhe temperaturat barazohen. Le të shënojmë temperaturën e përgjithshme përfundimtare me θ. 
Sasia e nxehtësisë e transferuar nga një trup i nxehtë në një të ftohtë
P të transferuara. = c 1 m 1 (T 1 – θ )
Sasia e nxehtësisë që merr një trup i ftohtë nga një trup i nxehtë
P marrë. = c 2 m 2 (θ – T 2 )
Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë P të transferuara. = P marrë., d.m.th.
c 1 m 1 (T 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – T 2 )
Le të hapim kllapat dhe të shprehim vlerën e temperaturës totale të gjendjes së qëndrueshme θ.
Në këtë rast, marrim vlerën e temperaturës θ në kelvin.
Megjithatë, meqenëse Q kalohet në shprehje.
dhe pranohet Q. është ndryshimi midis dy temperaturave, dhe është i njëjtë si në Kelvin ashtu edhe në gradë Celsius, atëherë llogaritja mund të bëhet në gradë Celsius. Pastaj
Në këtë rast, marrim vlerën e temperaturës θ në gradë Celsius.
Barazimi i temperaturës si rezultat i përçueshmërisë termike mund të shpjegohet në bazë të teorisë kinetike molekulare si shkëmbimi i energjisë kinetike ndërmjet molekulave gjatë përplasjes në procesin e lëvizjes kaotike termike. 
Ky shembull mund të ilustrohet me një grafik. Kapaciteti i nxehtësisë
- kjo është sasia e nxehtësisë që thith një trup kur nxehet me 1 gradë. Kapaciteti termik i një trupi tregohet me një shkronjë të madhe latine.
ME
Nga se varet kapaciteti i nxehtësisë i një trupi? Para së gjithash, nga masa e saj. Është e qartë se ngrohja, për shembull, 1 kilogram ujë do të kërkojë më shumë nxehtësi sesa ngrohja e 200 gram.
Po lloji i substancës? Le të bëjmë një eksperiment. Le të marrim dy enë identike dhe, pasi të kemi derdhur ujë me peshë 400 g në njërën prej tyre, dhe vaj vegjetal me peshë 400 g në tjetrën, do të fillojmë t'i ngrohim ato duke përdorur djegës identikë. Duke vëzhguar leximet e termometrit, do të shohim se vaji nxehet shpejt. Për të ngrohur ujin dhe vajin në të njëjtën temperaturë, uji duhet të nxehet më gjatë. Por sa më gjatë ta ngrohim ujin, aq më shumë nxehtësi merr nga djegësi.
Kështu, për shembull, për të rritur temperaturën e ujit që peshon 1 kg me 1 °C, kërkohet një sasi nxehtësie e barabartë me 4200 J dhe për të ngrohur të njëjtën masë vaji luledielli me 1 °C, një sasi nxehtësie e barabartë me Kërkohet 1700 J.
Një sasi fizike që tregon se sa nxehtësi nevojitet për të ngrohur 1 kg të një lënde me 1 ºС quhet kapaciteti specifik i nxehtësisë të kësaj substance.
Çdo substancë ka kapacitetin e vet specifik të nxehtësisë, e cila shënohet me shkronjën latine c dhe matet në xhaul për kilogram shkallë (J/(kg °C)).
Kapaciteti specifik termik i së njëjtës substancë në gjendje të ndryshme grumbullimi (të ngurtë, të lëngët dhe të gaztë) është i ndryshëm. Për shembull, kapaciteti termik specifik i ujit është 4200 J/(kg °C), dhe kapaciteti specifik i nxehtësisë së akullit është 2100 J/(kg °C); alumini në gjendje të ngurtë ka një kapacitet termik specifik prej 920 J/(kg - °C), dhe në gjendje të lëngët - 1080 J/(kg - °C).
Vini re se uji ka një kapacitet specifik të nxehtësisë shumë të lartë. Prandaj, uji në dete dhe oqeane, duke u ngrohur gjatë verës, thith një sasi të madhe nxehtësie nga ajri. Falë kësaj, në ato vende që ndodhen pranë trupave të mëdhenj të ujit, vera nuk është aq e nxehtë sa në vendet larg ujit.
Llogaritja e sasisë së nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur një trup ose që lëshohet prej tij gjatë ftohjes.
Nga sa më sipër është e qartë se sasia e nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur një trup varet nga lloji i substancës nga i cili përbëhet trupi (d.m.th., kapaciteti i tij specifik i nxehtësisë) dhe nga masa e trupit. Është gjithashtu e qartë se sasia e nxehtësisë varet nga sa gradë do të rrisim temperaturën e trupit.
Pra, për të përcaktuar sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur një trup ose të lëshuar prej tij gjatë ftohjes, duhet të shumëzoni kapacitetin specifik të nxehtësisë së trupit me masën e tij dhe me diferencën midis temperaturave të tij përfundimtare dhe fillestare:
P= cm (t 2 -t 1),
Ku P- sasia e nxehtësisë, c- Kapaciteti specifik i nxehtësisë, m- pesha trupore, t 1- temperatura fillestare, t 2- temperatura përfundimtare.
Kur trupi nxehet t 2> t 1 dhe prandaj P >0 . Kur trupi ftohet t 2i< t 1 dhe prandaj P< 0 .
Nëse dihet kapaciteti termik i të gjithë trupit Kapaciteti termik i një trupi tregohet me një shkronjë të madhe latine, P përcaktohet nga formula: Q = C (t 2 - t 1).
22) Shkrirja: përcaktimi, llogaritja e sasisë së nxehtësisë për shkrirje ose ngurtësim, nxehtësia specifike e shkrirjes, grafiku i t 0 (Q).
Termodinamika
Një degë e fizikës molekulare që studion transferimin e energjisë, modelet e shndërrimit të një lloji energjie në një tjetër. Ndryshe nga teoria kinetike molekulare, termodinamika nuk merr parasysh strukturën e brendshme të substancave dhe mikroparametrave.
Sistemi termodinamik
Është një koleksion trupash që shkëmbejnë energji (në formë pune ose nxehtësie) me njëri-tjetrin ose me mjedisin. Për shembull, uji në kazan ftohet dhe nxehtësia shkëmbehet midis ujit dhe kazanit dhe nxehtësia e kazanit me mjedisin. Një cilindër me gaz nën piston: pistoni kryen punë, si rezultat i së cilës gazi merr energji dhe makroparametrat e tij ndryshojnë.
Sasia e nxehtësisë
Kjo energji, të cilat sistemi i merr ose i lëshon gjatë procesit të shkëmbimit të nxehtësisë. E shënuar me simbolin Q, ajo matet, si çdo energji, në Xhaul.
Si rezultat i proceseve të ndryshme të shkëmbimit të nxehtësisë, energjia që transferohet përcaktohet në mënyrën e vet.
Ngrohje dhe ftohje
Ky proces karakterizohet nga një ndryshim në temperaturën e sistemit. Sasia e nxehtësisë përcaktohet nga formula
Kapaciteti specifik termik i një lënde me matet me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për t'u ngrohur njësitë e masës të kësaj lënde me 1K. Ngrohja e 1 kg gotë ose 1 kg ujë kërkon sasi të ndryshme energjie. Kapaciteti specifik i nxehtësisë është një sasi e njohur, tashmë e llogaritur për të gjitha substancat, shih vlerën në tabelat fizike.
Kapaciteti termik i substancës C- kjo është sasia e nxehtësisë që është e nevojshme për të ngrohur një trup pa marrë parasysh masën e tij me 1K.
Shkrirja dhe kristalizimi
Shkrirja është kalimi i një lënde nga një gjendje e ngurtë në një gjendje të lëngshme. Tranzicioni i kundërt quhet kristalizimi.
Energjia që shpenzohet për shkatërrimin e rrjetës kristalore të një substance përcaktohet nga formula
Nxehtësia specifike e shkrirjes është një vlerë e njohur për secilën substancë, shih vlerën në tabelat fizike.
Avullimi (avullim ose zierje) dhe kondensimi
Avullimi është kalimi i një substance nga një gjendje e lëngshme (e ngurtë) në një gjendje të gaztë. Procesi i kundërt quhet kondensim.
Nxehtësia specifike e avullimit është një vlerë e njohur për secilën substancë, shih vlerën në tabelat fizike.
Djegia
Sasia e nxehtësisë që çlirohet kur një substancë digjet
Nxehtësia specifike e djegies është një vlerë e njohur për secilën substancë, shih vlerën në tabelat fizike.
Për një sistem trupash të mbyllur dhe të izoluar adiabatikisht, ekuacioni i bilancit të nxehtësisë është i plotësuar. Shuma algjebrike e sasive të nxehtësisë së dhënë dhe marrë nga të gjithë trupat që marrin pjesë në shkëmbimin e nxehtësisë është e barabartë me zero:
Q 1 +Q 2 +...+Q n =0
23) Struktura e lëngjeve. Shtresa sipërfaqësore. Forca e tensionit sipërfaqësor: shembuj të manifestimit, llogaritjes, koeficientit të tensionit sipërfaqësor.
Herë pas here, çdo molekulë mund të lëvizë në një vend të lirë aty pranë. Kërcimet e tilla në lëngje ndodhin mjaft shpesh; prandaj, molekulat nuk janë të lidhura me qendra specifike, si te kristalet, dhe mund të lëvizin në të gjithë vëllimin e lëngut. Kjo shpjegon rrjedhshmërinë e lëngjeve. Për shkak të ndërveprimit të fortë midis molekulave të vendosura afër, ato mund të formojnë grupe të renditura lokale (të paqëndrueshme) që përmbajnë disa molekula. Ky fenomen quhet rendit të ngushtë(Fig. 3.5.1).
Koeficienti β quhet koeficienti i temperaturës së zgjerimit vëllimor . Ky koeficient për lëngjet është dhjetëra herë më i madh se për lëndët e ngurta. Për ujin, për shembull, në një temperaturë prej 20 °C β në ≈ 2 10 – 4 K – 1, për çelikun β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, për xhamin kuarc β kv ≈ 9 10 – 6 K – 1 .
Zgjerimi termik i ujit ka një anomali interesante dhe të rëndësishme për jetën në Tokë. Në temperaturat nën 4 °C, uji zgjerohet me uljen e temperaturës (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Kur uji ngrin, ai zgjerohet, kështu që akulli mbetet duke lundruar në sipërfaqen e një trupi uji të ngrirë. Temperatura e ujit të ngrirë nën akull është 0 °C. Në shtresat më të dendura të ujit në fund të rezervuarit, temperatura është rreth 4 °C. Falë kësaj, jeta mund të ekzistojë në ujin e rezervuarëve të ngrirjes.
Karakteristika më interesante e lëngjeve është prania sipërfaqe e lirë . Një lëng, ndryshe nga gazrat, nuk e mbush të gjithë vëllimin e enës në të cilën derdhet. Ndërmjet lëngut dhe gazit (ose avullit) formohet një ndërfaqe, e cila është në kushte të veçanta në krahasim me pjesën tjetër të lëngut. Duhet të kihet parasysh se për shkak të kompresueshmërisë jashtëzakonisht të ulët, prania e një shtrese sipërfaqësore më të dendur. nuk çon në ndonjë ndryshim të dukshëm në vëllimin e lëngut. Nëse një molekulë lëviz nga sipërfaqja në lëng, forcat e bashkëveprimit ndërmolekular do të bëjnë punë pozitive. Përkundrazi, për të tërhequr një numër të caktuar molekulash nga thellësia e lëngut në sipërfaqe (d.m.th., të rritet sipërfaqja e lëngut), forcat e jashtme duhet të kryejnë punë pozitive Δ. A e jashtme, proporcionale me ndryshimin Δ S sipërfaqja:
Nga mekanika dihet se gjendjet e ekuilibrit të një sistemi korrespondojnë me vlerën minimale të energjisë së tij potenciale. Nga kjo rrjedh se sipërfaqja e lirë e lëngut tenton të zvogëlojë sipërfaqen e saj. Për këtë arsye, një pikë e lirë e lëngut merr një formë sferike. Lëngu sillet sikur forcat që veprojnë tangjencialisht në sipërfaqen e tij po e kontraktojnë (tërheqin) këtë sipërfaqe. Këto forca quhen forcat e tensionit sipërfaqësor .
Prania e forcave të tensionit sipërfaqësor e bën sipërfaqen e një lëngu të duket si një film elastik i shtrirë, me të vetmin ndryshim që forcat elastike në film varen nga sipërfaqja e tij (d.m.th. nga mënyra se si filmi deformohet) dhe tensioni sipërfaqësor. forcat nuk varen në sipërfaqen e lëngut.
Disa lëngje, si uji me sapun, kanë aftësinë të formojnë filma të hollë. Flluskat e njohura të sapunit kanë një formë të rregullt sferike - kjo tregon gjithashtu efektin e forcave të tensionit sipërfaqësor. Nëse ulni një kornizë teli, njëra nga anët e së cilës është e lëvizshme, në një zgjidhje sapuni, atëherë e gjithë korniza do të mbulohet me një film lëngu (Fig. 3.5.3).
Forcat e tensionit sipërfaqësor priren të zvogëlojnë sipërfaqen e filmit. Për të balancuar anën e lëvizshme të kornizës, duhet të aplikohet një forcë e jashtme nëse, nën ndikimin e forcës, shiriti lëviz me Δ x, atëherë do të kryhet puna Δ A vn = F vn Δ x = Δ E f = σΔ S, ku Δ S = 2LΔ x- rritje në sipërfaqen e të dy anëve të filmit të sapunit. Meqenëse moduli i forcave janë të njëjta, mund të shkruajmë:
|
Kështu, koeficienti i tensionit sipërfaqësor σ mund të përkufizohet si moduli i forcës së tensionit sipërfaqësor që vepron për njësi gjatësi të vijës që kufizon sipërfaqen.
Për shkak të veprimit të forcave të tensionit sipërfaqësor në pikat e lëngut dhe brenda flluskave të sapunit, lind presion i tepërt Δ fq. Nëse ju prerë mendërisht një rënie sferike të rrezes R në dy gjysma, atëherë secila prej tyre duhet të jetë në ekuilibër nën veprimin e forcave të tensionit sipërfaqësor të aplikuara në kufirin e prerjes me gjatësi 2π R dhe forcat e presionit të tepërt që veprojnë në zonën π R 2 seksione (Fig. 3.5.4). Kushti i ekuilibrit shkruhet si
Nëse këto forca janë më të mëdha se forcat e bashkëveprimit ndërmjet molekulave të vetë lëngut, atëherë lëngu laget sipërfaqja e një të ngurtë. Në këtë rast, lëngu i afrohet sipërfaqes së ngurtës në një kënd të caktuar akut θ, karakteristik për një çift të caktuar lëng-ngurtë. Këndi θ quhet këndi i kontaktit . Nëse forcat e bashkëveprimit ndërmjet molekulave të lëngëta tejkalojnë forcat e bashkëveprimit të tyre me molekulat e ngurta, atëherë këndi i kontaktit θ rezulton i mpirë (Fig. 3.5.5). Në këtë rast thonë se lëngu nuk laget sipërfaqja e një të ngurtë. Në lagja e plotëθ = 0, në i plotë jo lagështθ = 180°.
Dukuritë kapilare quhet ngritja ose rënia e lëngut në tuba me diametër të vogël - kapilarët. Lëngjet njomëse ngrihen përmes kapilarëve, lëngjet jo lagësht zbresin.
Në Fig. 3.5.6 tregon një tub kapilar me një rreze të caktuar r, i ulur në skajin e poshtëm në një lëng njomës me densitet ρ. Fundi i sipërm i kapilarit është i hapur. Ngritja e lëngut në kapilar vazhdon derisa forca e gravitetit që vepron në kolonën e lëngut në kapilar bëhet e barabartë në madhësi me rezultatin. F n forcat e tensionit sipërfaqësor që veprojnë përgjatë kufirit të kontaktit të lëngut me sipërfaqen e kapilarit: F t = F n, ku F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.
Nga kjo rrjedh:
Me pa lagur të plotë θ = 180°, cos θ = –1 dhe, për rrjedhojë, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Uji lag pothuajse plotësisht sipërfaqen e pastër të xhamit. Përkundrazi, merkuri nuk e lag plotësisht sipërfaqen e qelqit. Prandaj, niveli i merkurit në kapilarin e qelqit bie nën nivelin në enë.
24) Avullimi: përkufizimi, llojet (avullim, zierje), llogaritja e sasisë së nxehtësisë për avullim dhe kondensim, nxehtësia specifike e avullimit.
Avullimi dhe kondensimi. Shpjegimi i fenomenit të avullimit bazuar në idetë për strukturën molekulare të materies. Nxehtësia specifike e avullimit. Njësitë e saj.
Dukuria e shndërrimit të lëngut në avull quhet avullimi.
Avullimi - procesi i avullimit që ndodh nga një sipërfaqe e hapur.
Molekulat e lëngshme lëvizin me shpejtësi të ndryshme. Nëse ndonjë molekulë përfundon në sipërfaqen e një lëngu, ajo mund të kapërcejë tërheqjen e molekulave fqinje dhe të fluturojë jashtë lëngut. Molekulat e nxjerra formojnë avull. Molekulat e mbetura të lëngut ndryshojnë shpejtësinë pas përplasjes. Në të njëjtën kohë, disa molekula fitojnë një shpejtësi të mjaftueshme për të fluturuar jashtë lëngut. Ky proces vazhdon kështu që lëngjet avullojnë ngadalë.
*Shpejtësia e avullimit varet nga lloji i lëngut. Ato lëngje, molekulat e të cilëve tërhiqen me më pak forcë, avullojnë më shpejt.
*Avullimi mund të ndodhë në çdo temperaturë. Por në temperatura të larta avullimi ndodh më shpejt .
* Shpejtësia e avullimit varet nga sipërfaqja e saj.
*Me erë (rrjedhja e ajrit), avullimi ndodh më shpejt.
Gjatë avullimit zvogëlohet energjia e brendshme, sepse Gjatë avullimit, lëngu lë molekula të shpejta, prandaj, shpejtësia mesatare e molekulave të mbetura zvogëlohet. Kjo do të thotë se nëse nuk ka fluks energjie nga jashtë, atëherë temperatura e lëngut ulet.
Dukuria e shndërrimit të avullit në lëng quhet kondensimi.
Ajo shoqërohet me çlirimin e energjisë.
Kondensimi i avullit shpjegon formimin e reve. Avujt e ujit që ngrihen mbi tokë formon re në shtresat e sipërme të ftohta të ajrit, të cilat përbëhen nga pika të vogla uji.
Nxehtësia specifike e avullimit – fizike një vlerë që tregon se sa nxehtësi nevojitet për të shndërruar një lëng që peshon 1 kg në avull pa ndryshuar temperaturën.
Ud. nxehtësia e avullimit shënohet me shkronjën L dhe matet në J/kg
Ud. nxehtësia e avullimit të ujit: L=2,3×10 6 J/kg, alkool L=0,9×10 6
Sasia e nxehtësisë e nevojshme për të kthyer lëngun në avull: Q = Lm
Çfarë do të nxehet më shpejt në sobë - një kazan apo një kovë me ujë? Përgjigja është e qartë - një çajnik. Atëherë pyetja e dytë është pse?
Përgjigja nuk është më pak e qartë - sepse masa e ujit në kazan është më pak. E madhe. Dhe tani ju mund të bëni një përvojë të vërtetë fizike vetë në shtëpi. Për ta bërë këtë, do t'ju duhen dy tenxhere të vogla identike, një sasi e barabartë uji dhe vaji vegjetal, për shembull, gjysmë litri secila dhe një sobë. Vendosim tenxheret me vaj dhe ujë në të njëjtën zjarr. Tani vetëm shikoni se çfarë do të nxehet më shpejt. Nëse keni një termometër për lëngje, mund ta përdorni nëse jo, thjesht mund të provoni temperaturën me gisht herë pas here, vetëm kujdes që të mos digjeni. Në çdo rast, së shpejti do të shihni se vaji nxehet shumë më shpejt se uji. Dhe një pyetje tjetër, e cila gjithashtu mund të zbatohet në formën e përvojës. Çfarë do të vlojë më shpejt - ujë i ngrohtë apo i ftohtë? Gjithçka është përsëri e qartë - e ngrohta do të jetë e para në vijën e finishit. Pse gjithë këto pyetje dhe eksperimente të çuditshme? Për të përcaktuar sasinë fizike të quajtur "sasia e nxehtësisë".
Sasia e nxehtësisë
Sasia e nxehtësisë është energjia që një trup humb ose fiton gjatë transferimit të nxehtësisë. Kjo duket qartë nga emri. Gjatë ftohjes, trupi do të humbasë një sasi të caktuar nxehtësie, dhe kur ngrohet, ai do të thithë. Dhe përgjigjet e pyetjeve tona na treguan Nga çfarë varet sasia e nxehtësisë? Së pari, sa më e madhe të jetë masa e një trupi, aq më e madhe është sasia e nxehtësisë që duhet shpenzuar për të ndryshuar temperaturën e tij me një shkallë. Së dyti, sasia e nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur një trup varet nga substanca nga e cila përbëhet, domethënë nga lloji i substancës. Dhe së treti, ndryshimi në temperaturën e trupit para dhe pas transferimit të nxehtësisë është gjithashtu i rëndësishëm për llogaritjet tona. Bazuar në sa më sipër, ne mundemi Përcaktoni sasinë e nxehtësisë duke përdorur formulën:
ku Q është sasia e nxehtësisë,
m - pesha e trupit,
(t_2-t_1) - ndryshimi midis temperaturës fillestare dhe përfundimtare të trupit,
c është kapaciteti termik specifik i substancës, i gjetur nga tabelat përkatëse.
Duke përdorur këtë formulë, mund të llogarisni sasinë e nxehtësisë që është e nevojshme për të ngrohur çdo trup ose që ky trup do të lëshojë kur ftohet.
Sasia e nxehtësisë matet në xhaul (1 J), si çdo lloj energjie. Sidoqoftë, kjo vlerë u prezantua jo shumë kohë më parë, dhe njerëzit filluan të masin sasinë e nxehtësisë shumë më herët. Dhe ata përdorën një njësi që përdoret gjerësisht në kohën tonë - kalori (1 cal). 1 kalori është sasia e nxehtësisë që nevojitet për të ngrohur 1 gram ujë me 1 gradë Celsius. Të udhëhequr nga këto të dhëna, ata që pëlqejnë të numërojnë kaloritë në ushqimin që hanë, thjesht për argëtim, mund të llogarisin sa litra ujë mund të zihen me energjinë që konsumojnë me ushqimin gjatë ditës.
Energjia e brendshme e një sistemi termodinamik mund të ndryshohet në dy mënyra:
- duke bërë punë në sistem,
- duke përdorur ndërveprim termik.
Transferimi i nxehtësisë në një trup nuk shoqërohet me kryerjen e punës makroskopike në trup. Në këtë rast, ndryshimi i energjisë së brendshme shkaktohet nga fakti se molekulat individuale të një trupi me temperaturë më të lartë punojnë në disa molekula të një trupi që ka temperaturë më të ulët. Në këtë rast, ndërveprimi termik realizohet për shkak të përçueshmërisë termike. Transferimi i energjisë është gjithashtu i mundur duke përdorur rrezatim. Sistemi i proceseve mikroskopike (që kanë të bëjnë jo me të gjithë trupin, por me molekulat individuale) quhet transferim i nxehtësisë. Sasia e energjisë që transferohet nga një trup në tjetrin si rezultat i transferimit të nxehtësisë përcaktohet nga sasia e nxehtësisë që transferohet nga një trup në tjetrin.
Përkufizimi
Ngrohtësiështë energjia që merret (ose jepet) nga një trup në procesin e shkëmbimit të nxehtësisë me trupat përreth (mjedisin).
Kjo është një nga sasitë themelore në termodinamikë. Nxehtësia përfshihet në shprehjet matematikore të ligjit të parë dhe të dytë të termodinamikës. Nxehtësia thuhet se është energji në formën e lëvizjes molekulare.
Nxehtësia mund të transferohet në sistem (trup), ose mund të merret prej tij. Besohet se nëse nxehtësia transferohet në sistem, atëherë është pozitive.
Formula për llogaritjen e nxehtësisë kur ndryshon temperatura
Le ta shënojmë sasinë elementare të nxehtësisë si . Le të theksojmë se elementi i nxehtësisë që merr (e jep) sistemi me një ndryshim të vogël në gjendjen e tij nuk është një diferencial i plotë. Arsyeja për këtë është se nxehtësia është funksion i procesit të ndryshimit të gjendjes së sistemit.
Sasia elementare e nxehtësisë që i jepet sistemit dhe temperatura ndryshon nga T në T+dT, është e barabartë me:
ku C është kapaciteti i nxehtësisë së trupit. Nëse trupi në fjalë është homogjen, atëherë formula (1) për sasinë e nxehtësisë mund të përfaqësohet si:
ku është kapaciteti termik specifik i trupit, m është masa e trupit, është kapaciteti molar i nxehtësisë, është masa molare e substancës, është numri i moleve të substancës.
Nëse trupi është homogjen dhe kapaciteti i nxehtësisë konsiderohet i pavarur nga temperatura, atëherë sasia e nxehtësisë () që merr trupi kur temperatura e tij rritet me një sasi mund të llogaritet si:
ku t 2, t 1 temperatura e trupit para dhe pas ngrohjes. Ju lutemi vini re se kur gjeni ndryshimin () në llogaritjet, temperaturat mund të zëvendësohen si në gradë Celsius ashtu edhe në kelvin.
Formula për sasinë e nxehtësisë gjatë tranzicionit fazor
Kalimi nga një fazë e një lënde në tjetrën shoqërohet me thithjen ose çlirimin e një sasie të caktuar nxehtësie, e cila quhet nxehtësia e kalimit fazor.
Kështu, për të transferuar një element të materies nga gjendja e një të ngurtë në një lëng, duhet t'i jepet një sasi nxehtësie () e barabartë me:
ku është nxehtësia specifike e shkrirjes, dm është elementi i masës trupore. Duhet pasur parasysh se trupi duhet të ketë një temperaturë të barabartë me pikën e shkrirjes së substancës në fjalë. Gjatë kristalizimit, nxehtësia lëshohet e barabartë me (4).
Sasia e nxehtësisë (nxehtësia e avullimit) e nevojshme për të kthyer lëngun në avull mund të gjendet si:
ku r është nxehtësia specifike e avullimit. Kur avulli kondensohet, nxehtësia lirohet. Nxehtësia e avullimit është e barabartë me nxehtësinë e kondensimit të masave të barabarta të substancës.
Njësitë për matjen e sasisë së nxehtësisë
Njësia bazë e matjes për sasinë e nxehtësisë në sistemin SI është: [Q]=J
Një njësi ekstra-sistem e nxehtësisë, e cila shpesh gjendet në llogaritjet teknike. [Q]=kalori (kalori). 1 kalori = 4,1868 J.
Shembuj të zgjidhjes së problemeve
Shembull
Ushtrimi. Cilat vëllime uji duhet të përzihen për të marrë 200 litra ujë në temperaturën t = 40 C, nëse temperatura e një mase uji është t 1 = 10 C, temperatura e masës së dytë të ujit është t 2 = 60 C. ?
Zgjidhje. Le të shkruajmë ekuacionin e bilancit të nxehtësisë në formën:
ku Q=cmt është sasia e nxehtësisë e përgatitur pas përzierjes së ujit; Q 1 = cm 1 t 1 - sasia e nxehtësisë së një pjese të ujit me temperaturë t 1 dhe masë m 1; Q 2 = cm 2 t 2 - sasia e nxehtësisë së një pjese të ujit me temperaturë t 2 dhe masë m 2.
Nga ekuacioni (1.1) rezulton:
Kur kombinojmë pjesë të ujit të ftohtë (V 1) dhe të nxehtë (V 2) në një vëllim të vetëm (V), mund të supozojmë se:
Pra, marrim një sistem ekuacionesh:
Pasi e kemi zgjidhur atë marrim:
