« Fizik - 10. sınıf"
Maddenin toplu dönüşümleri hangi süreçlerde meydana gelir?
Bir maddenin toplanma durumunu nasıl değiştirebilirsiniz?
Herhangi bir bedenin iç enerjisini iş yaparak, ısıtarak veya tersine soğutarak değiştirebilirsiniz.
Böylece, bir metal dövülürken iş yapılır ve ısınır, aynı zamanda metal yanan bir alev üzerinde ısıtılabilir.
Ayrıca piston sabitse (Şekil 13.5), ısıtıldığında gazın hacmi değişmez ve iş yapılmaz. Ancak gazın sıcaklığı ve dolayısıyla iç enerjisi artar.
İç enerji artıp azalabilir, dolayısıyla ısı miktarı pozitif veya negatif olabilir.
Enerjinin bir cisimden diğerine iş yapmadan aktarılması işlemine denir ısı değişimi.
Isı transferi sırasında iç enerjide meydana gelen değişimin niceliksel ölçüsüne denir. ısı miktarı.
Isı transferinin moleküler resmi.
Cisimler arasındaki sınırdaki ısı değişimi sırasında, soğuk bir cismin yavaş hareket eden moleküllerinin, sıcak bir cismin hızlı hareket eden molekülleri ile etkileşimi meydana gelir. Sonuç olarak moleküllerin kinetik enerjileri eşitlenir ve soğuk cisimdeki moleküllerin hızları artarken, sıcak cisimdeki moleküllerin hızları azalır.
Isı değişimi sırasında enerji bir formdan diğerine dönüştürülmez; daha fazla ısıtılan bir cismin iç enerjisinin bir kısmı daha az ısıtılan bir cisme aktarılır.
Isı miktarı ve ısı kapasitesi.
Kütlesi m olan bir cismi t 1 sıcaklığından t 2 sıcaklığına ısıtmak için ona bir miktar ısı aktarmanın gerekli olduğunu zaten biliyorsunuz:
Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)
Bir cisim soğuduğunda, son sıcaklığı t 2, başlangıç sıcaklığından t 1 daha düşük olur ve cisim tarafından verilen ısı miktarı negatif olur.
Formül (13.5)'teki c katsayısına denir spesifik ısı kapasitesi maddeler.
Özgül ısı- bu, 1 kg ağırlığındaki bir maddenin sıcaklığı 1 K değiştiğinde aldığı veya verdiği ısı miktarına sayısal olarak eşit bir miktardır.
Gazların özgül ısı kapasitesi, ısı transferinin gerçekleştiği sürece bağlıdır. Bir gazı sabit basınçta ısıtırsanız genleşir ve iş yapar. Bir gazı sabit basınçta 1 °C ısıtmak için, gazın yalnızca ısınacağı sabit hacimde ısıtmaktan daha fazla ısı aktarması gerekir.
Sıvılar ve katılar ısıtıldıklarında hafifçe genleşirler. Sabit hacim ve sabit basınçtaki spesifik ısı kapasiteleri çok az farklılık gösterir.
Özgül buharlaşma ısısı.
Kaynama işlemi sırasında bir sıvının buhara dönüştürülmesi için ona belirli bir miktarda ısının aktarılması gerekir. Bir sıvının sıcaklığı kaynadığında değişmez. Bir sıvının sabit bir sıcaklıkta buhara dönüşümü, moleküllerin kinetik enerjisinde bir artışa yol açmaz, ancak etkileşimlerinin potansiyel enerjisinde bir artışa eşlik eder. Sonuçta, gaz molekülleri arasındaki ortalama mesafe, sıvı moleküller arasındaki ortalama mesafeden çok daha fazladır.
Kütlesi 1 kg olan bir sıvının sabit sıcaklıkta buhara dönüştürülmesi için gereken ısı miktarına sayısal olarak eşit olan miktara denir. özgül buharlaşma ısısı.
Bir sıvının buharlaşma süreci herhangi bir sıcaklıkta meydana gelirken, en hızlı moleküller sıvıyı terk eder ve buharlaşma sırasında soğur. Spesifik buharlaşma ısısı, spesifik buharlaşma ısısına eşittir.
Bu değer r harfiyle gösterilir ve kilogram başına joule (J/kg) cinsinden ifade edilir.
Suyun buharlaşma özgül ısısı çok yüksektir: r H20 = 2,256 · 10 · 6 J/kg, 100 °C sıcaklıkta. Alkol, eter, cıva, gazyağı gibi diğer sıvılar için spesifik buharlaşma ısısı suyunkinden 3-10 kat daha azdır.
Kütlesi m olan bir sıvıyı buhara dönüştürmek için aşağıdakilere eşit miktarda ısı gerekir:
Q p = rm. (13.6)
Buhar yoğunlaştığında aynı miktarda ısı açığa çıkar:
Q k = -rm. (13.7)
Özgül füzyon ısısı.
Kristalin bir cisim eridiğinde, ona sağlanan tüm ısı, moleküller arasındaki etkileşimin potansiyel enerjisini artırmaya gider. Erime sabit sıcaklıkta gerçekleştiği için moleküllerin kinetik enerjisi değişmez.
Erime noktasında ağırlığı 1 kg olan kristal bir maddenin sıvıya dönüşmesi için gereken ısı miktarına sayısal olarak eşit olan değere denir. özgül füzyon ısısı ve λ harfi ile gösterilir.
1 kg ağırlığındaki bir madde kristalleştiğinde, erime sırasında emilen ısının tamamıyla aynı miktarda ısı açığa çıkar.
Buzun özgül erime ısısı oldukça yüksektir: 3,34 10 5 J/kg.
“Buzun yüksek bir erime ısısı olmasaydı, baharda tüm buz kütlesinin birkaç dakika veya saniye içinde erimesi gerekecekti, çünkü ısı sürekli olarak havadan buza aktarılıyor. Bunun sonuçları korkunç olacaktır; Sonuçta mevcut durumda bile büyük buz veya kar kütleleri eridiğinde büyük seller ve güçlü su akıntıları ortaya çıkıyor.” R. Black, XVIII yüzyıl.
Kütlesi m olan kristal bir cismi eritmek için aşağıdakilere eşit miktarda ısı gerekir:
Qpl = λm. (13.8)
Bir cismin kristalleşmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarı şuna eşittir:
Q cr = -λm (13,9)
Isı dengesi denklemi.
Başlangıçta farklı sıcaklıklara sahip birçok cisimden oluşan bir sistemdeki ısı alışverişini, örneğin bir kaptaki su ile suya indirilen sıcak bir demir top arasındaki ısı alışverişini ele alalım. Enerjinin korunumu yasasına göre, bir cisim tarafından verilen ısı miktarı sayısal olarak diğer bir cisim tarafından alınan ısı miktarına eşittir.
Verilen ısı miktarı negatif, alınan ısı miktarı ise pozitif kabul edilir. Bu nedenle toplam ısı miktarı Q1 + Q2 = 0.
Yalıtılmış bir sistemdeki birkaç cisim arasında ısı alışverişi meydana gelirse, o zaman
Ç 1 + Ç 2 + Ç 3 + ... = 0. (13.10)
Denklem (13.10) denir ısı dengesi denklemi.
Burada Q 1 Q 2, Q 3 cisimler tarafından alınan veya verilen ısı miktarlarıdır. Isı alışverişi işlemi sırasında maddenin çeşitli faz dönüşümleri (erime, kristalleşme, buharlaşma, yoğunlaşma) meydana gelirse, bu ısı miktarları formül (13.5) veya formüller (13.6)-(13.9) ile ifade edilir.
ISI DEĞİŞİMİ.
1. Isı değişimi.
Isı değişimi veya ısı transferi bir cismin iç enerjisinin iş yapmadan başka bir cisme aktarılması işlemidir.
Üç tür ısı transferi vardır.
1) Isı iletkenliği- Bu, doğrudan temas sırasında gövdeler arasındaki ısı alışverişidir.
2) Konveksiyon- Bu, ısının gaz veya sıvı akışlarıyla aktarıldığı ısı değişimidir.
3) Radyasyon– Bu elektromanyetik radyasyon yoluyla ısı alışverişidir.
2. Isı miktarı.
Isı miktarı, ısı değişimi sırasında bir cismin iç enerjisindeki değişimin bir ölçüsüdür. Mektupla belirtilir Q.
Isı miktarını ölçen birim = 1 J.
Isı değişimi sonucunda bir vücut tarafından başka bir vücuttan alınan ısı miktarı, sıcaklığın arttırılması (moleküllerin kinetik enerjisinin arttırılması) veya toplanma durumunun değiştirilmesi (potansiyel enerjinin arttırılması) için harcanabilir.
3.Maddenin özgül ısı kapasitesi.
Deneyimler, m kütleli bir cismi T1 sıcaklığından T2 sıcaklığına ısıtmak için gereken ısı miktarının, cismin m kütlesi ve sıcaklık farkı (T2 - T1) ile orantılı olduğunu göstermektedir, yani.
Q = santimetre(T 2 - T 1 ) = sMΔ T,
İleısıtılan cismin maddesinin özgül ısı kapasitesi denir.
Bir maddenin özgül ısı kapasitesi, 1 kg maddeyi 1 K ısıtmak için verilmesi gereken ısı miktarına eşittir.
Özgül ısı kapasitesinin ölçü birimi =.
Çeşitli maddelerin ısı kapasitesi değerleri fiziksel tablolarda bulunabilir.
Cisim ΔT kadar soğutulduğunda tam olarak aynı miktarda Q ısısı açığa çıkacaktır.
4. Özgül buharlaşma ısısı.
Deneyimler, bir sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarının, sıvının kütlesiyle orantılı olduğunu göstermektedir;
Q = Lm,
orantılılık katsayısı nerede Lözgül buharlaşma ısısı denir.
Buharlaşmanın özgül ısısı, kaynama noktasındaki 1 kg sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarına eşittir.
Özgül buharlaşma ısısı için bir ölçü birimi.
Ters işlem sırasında, buhar yoğunlaşması, buhar oluşumu için harcanan miktarda ısı açığa çıkar.
5. Özgül füzyon ısısı.
Deneyimler, bir katıyı sıvıya dönüştürmek için gereken ısı miktarının cismin kütlesiyle orantılı olduğunu göstermektedir.
Q = λ M,
burada orantı katsayısı λ'ya özgül füzyon ısısı denir.
Spesifik füzyon ısısı, 1 kg ağırlığındaki katı bir cismin erime noktasında sıvıya dönüştürülmesi için gerekli olan ısı miktarına eşittir.
Spesifik füzyon ısısı için bir ölçü birimi.
Ters işlem sırasında, sıvının kristalleşmesi sırasında, erime için harcananla aynı miktarda ısı açığa çıkar.
6. Özgül yanma ısısı.
Deneyimler, yakıtın tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarının, yakıtın kütlesiyle orantılı olduğunu göstermektedir;
Q = QM,
Orantılılık katsayısı q'ya özgül yanma ısısı denir.
Özgül yanma ısısı, 1 kg yakıtın tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarına eşittir.
Yanma özgül ısısının ölçü birimi.
7. Isı dengesi denklemi.
Isı değişimi iki veya daha fazla cisim içerir. Bazı cisimler ısıyı verirken bazıları ısıyı alır. Isı alışverişi, cisimlerin sıcaklıkları eşitleninceye kadar gerçekleşir. Enerjinin korunumu kanununa göre verilen ısı miktarı alınan ısı miktarına eşittir. Bu temelde ısı dengesi denklemi yazılmıştır.
Bir örneğe bakalım.
Isı kapasitesi c 1 olan m 1 kütleli bir cisim T 1 sıcaklığına sahiptir ve ısı kapasitesi c 2 olan m 2 kütleli bir cisim T 2 sıcaklığına sahiptir. Üstelik T 1, T 2'den büyüktür. Bu bedenler temas ettirilir. Deneyimler, soğuk bir cismin (m2) ısınmaya başladığını ve sıcak bir cismin (m1) soğumaya başladığını göstermektedir. Bu, sıcak cismin iç enerjisinin bir kısmının soğuk olana aktarıldığını ve sıcaklıkların eşitlendiğini gösteriyor. Nihai genel sıcaklığı θ ile gösterelim. 
Sıcak bir cisimden soğuk bir cisme aktarılan ısı miktarı
Q transfer edildi. = C 1 M 1 (T 1 – θ )
Soğuk bir cismin sıcak olandan aldığı ısı miktarı
Q kabul edilmiş. = C 2 M 2 (θ – T 2 )
Enerjinin korunumu kanununa göre Q transfer edildi. = Q kabul edilmiş. yani
C 1 M 1 (T 1 – θ )= C 2 M 2 (θ – T 2 )
Parantezleri açalım ve toplam kararlı durum sıcaklığının θ değerini ifade edelim.
Bu durumda kelvin cinsinden θ sıcaklık değerini elde ederiz.
Ancak ifadelerde Q geçtiği için.
ve Q alınır. iki sıcaklık arasındaki farktır ve hem Kelvin hem de Santigrat derece cinsinden aynıdır, bu durumda hesaplama Santigrat derece cinsinden yapılabilir. Daha sonra
Bu durumda θ sıcaklık değerini Celsius derece cinsinden elde ederiz.
Isıl iletkenliğin bir sonucu olarak sıcaklık eşitlenmesi, moleküler kinetik teoriye dayanarak, termal kaotik hareket sürecinde çarpışma sırasında moleküller arasında kinetik enerji değişimi olarak açıklanabilir. 
Bu örnek bir grafikle gösterilebilir. Isı kapasitesi
- 1 derece ısıtıldığında vücut tarafından emilen ısı miktarıdır. Bir cismin ısı kapasitesi büyük Latin harfiyle gösterilir.
İLE
Bir vücudun ısı kapasitesi neye bağlıdır? Her şeyden önce kütlesinden. Örneğin 1 kilogram suyun ısıtılmasının, 200 gram suyun ısıtılmasından daha fazla ısı gerektireceği açıktır.
Peki maddenin türü? Bir deney yapalım. İki özdeş kap alalım ve birine 400 gr su, diğerine 400 gr bitkisel yağ dökerek aynı brülörleri kullanarak ısıtmaya başlayacağız. Termometre okumalarını gözlemleyerek yağın hızla ısındığını göreceğiz. Suyu ve yağı aynı sıcaklığa ısıtmak için suyun daha uzun süre ısıtılması gerekir. Ancak suyu ne kadar uzun süre ısıtırsak brülörden o kadar fazla ısı alır.
Yani örneğin 1 kg ağırlığındaki suyun sıcaklığını 1°C artırmak için 4200 J'ye eşit bir ısı miktarına ihtiyaç duyulurken, aynı kütledeki ayçiçek yağını 1°C ısıtmak için şuna eşit bir ısı miktarına ihtiyaç vardır: 1700 J gereklidir.
1 kg maddeyi 1 ºС ısıtmak için ne kadar ısı gerektiğini gösteren fiziksel miktara denir spesifik ısı kapasitesi bu maddeden.
Her maddenin, Latince c harfiyle gösterilen ve kilogram derece başına joule (J/(kg °C)) cinsinden ölçülen kendine özgü ısı kapasitesi vardır.
Aynı maddenin farklı toplanma durumlarında (katı, sıvı ve gaz) özgül ısı kapasitesi farklıdır. Örneğin suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/(kg °C), buzun özgül ısı kapasitesi ise 2100 J/(kg °C); katı haldeki alüminyumun özgül ısı kapasitesi 920 J/(kg - °C) ve sıvı halde - 1080 J/(kg - °C)'dir.
Suyun çok yüksek bir özgül ısı kapasitesine sahip olduğunu unutmayın. Bu nedenle denizlerde ve okyanuslarda bulunan su, yazın ısıtıldığında havadan büyük miktarda ısı emer. Bu sayede büyük su kütlelerinin yakınında bulunan yerlerde yazlar sudan uzak yerler kadar sıcak geçmez.
Bir cismi ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında serbest bıraktığı ısı miktarının hesaplanması.
Yukarıdakilerden, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarının, cismi oluşturan maddenin türüne (yani özgül ısı kapasitesine) ve cismin kütlesine bağlı olduğu açıktır. Isı miktarının vücut ısısını kaç derece artıracağımıza bağlı olduğu da açıktır.
Dolayısıyla, bir cismi ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında onun tarafından salınan ısı miktarını belirlemek için, cismin özgül ısı kapasitesini kütlesiyle ve son ve başlangıç sıcaklıkları arasındaki farkla çarpmanız gerekir:
Q= santimetre (t 2 -t 1),
Nerede Q- ısı miktarı, C- özgül ısı kapasitesi, M- vücut ağırlığı, t 1- başlangıç sıcaklığı, t 2- son sıcaklık.
Vücut ısındığında t 2> t 1 ve bu nedenle Q >0 . Vücut soğuduğunda t 2i< t 1 ve bu nedenle Q< 0 .
Tüm vücudun ısı kapasitesi biliniyorsa Bir cismin ısı kapasitesi büyük Latin harfiyle gösterilir, Q formülle belirlenir: S = C (t 2 - t 1).
22) Erime: tanımı, erime veya katılaşma için gereken ısı miktarının hesaplanması, özgül füzyon ısısı, t 0 (Q) grafiği.
Termodinamik
Enerjinin transferini, bir enerji türünün diğerine dönüşüm modellerini inceleyen bir moleküler fizik dalı. Moleküler kinetik teorinin aksine termodinamik, maddelerin iç yapısını ve mikro parametreleri dikkate almaz.
Termodinamik sistem
Birbirleriyle veya çevreyle enerji (iş veya ısı biçiminde) alışverişi yapan cisimlerin bir topluluğudur. Örneğin çaydanlıktaki su soğur ve su ile çaydanlık arasında ve çaydanlığın ısısı ile ortam arasında ısı alışverişi olur. Pistonun altında gaz bulunan bir silindir: piston, gazın enerji alması ve makro parametrelerinin değişmesi sonucunda iş yapar.
Isı miktarı
Bu enerji Isı alışverişi işlemi sırasında sistemin aldığı veya bıraktığı. Q sembolüyle gösterilir ve herhangi bir enerji gibi Joule cinsinden ölçülür.
Çeşitli ısı değişim işlemleri sonucunda aktarılan enerji kendi yöntemiyle belirlenir.
Isıtma ve soğutma
Bu işlem, sistemin sıcaklığındaki bir değişiklik ile karakterize edilir. Isı miktarı formülle belirlenir
Bir maddenin özgül ısı kapasitesiısınmak için gereken ısı miktarıyla ölçülür kütle birimleri bu maddenin 1K kadarı. 1 kg cam veya 1 kg suyu ısıtmak farklı miktarlarda enerji gerektirir. Özgül ısı kapasitesi, tüm maddeler için önceden hesaplanmış, bilinen bir miktardır; fiziksel tablolardaki değere bakın.
C maddesinin ısı kapasitesi- bu, kütlesini 1K dikkate almadan bir cismi ısıtmak için gerekli olan ısı miktarıdır.
Erime ve kristalleşme
Erime, bir maddenin katı halden sıvı hale geçmesidir. Ters geçişe kristalleşme denir.
Bir maddenin kristal kafesinin yok edilmesi için harcanan enerji formülle belirlenir.
Spesifik füzyon ısısı her madde için bilinen bir değerdir; fiziksel tablolardaki değere bakın.
Buharlaşma (buharlaşma veya kaynama) ve yoğunlaşma
Buharlaşma, bir maddenin sıvı (katı) halden gaz haline geçmesidir. Ters işleme yoğunlaşma denir.
Buharlaşmanın özgül ısısı her madde için bilinen bir değerdir; fiziksel tablolardaki değere bakınız.
Yanma
Bir maddenin yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarı
Yanma özgül ısısı her madde için bilinen bir değerdir; fiziksel tablolardaki değere bakın.
Kapalı ve adyabatik olarak yalıtılmış bir cisim sistemi için ısı dengesi denklemi sağlanır. Isı alışverişine katılan tüm cisimler tarafından verilen ve alınan ısı miktarlarının cebirsel toplamı sıfıra eşittir:
Q 1 +Q 2 +...+Q n =0
23) Sıvıların yapısı. Yüzey katmanı. Yüzey gerilim kuvveti: tezahür örnekleri, hesaplama, yüzey gerilim katsayısı.
Zaman zaman herhangi bir molekül yakınlardaki boş bir konuma hareket edebilir. Sıvılarda bu tür sıçramalar oldukça sık meydana gelir; bu nedenle moleküller kristallerde olduğu gibi belirli merkezlere bağlı değildir ve sıvının tüm hacmi boyunca hareket edebilirler. Bu, sıvıların akışkanlığını açıklar. Yakın konumdaki moleküller arasındaki güçlü etkileşim nedeniyle, birkaç molekül içeren yerel (kararsız) düzenli gruplar oluşturabilirler. Bu fenomene denir emri kapat(Şekil 3.5.1).
β katsayısı denir hacimsel genleşmenin sıcaklık katsayısı . Sıvılar için bu katsayı, katılardan onlarca kat daha fazladır. Örneğin su için, 20 °C sıcaklıkta β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, çelik için β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, kuvars camı için β kv ≈ 9 10 – 6 K – 1 .
Suyun termal genleşmesi Dünya'daki yaşam için ilginç ve önemli bir anomaliye sahiptir. 4 °C'nin altındaki sıcaklıklarda, sıcaklık azaldıkça su genleşir (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Su donduğunda genişler, böylece buz, dondurucu bir su kütlesinin yüzeyinde yüzer halde kalır. Buzun altındaki suyun donma sıcaklığı 0°C'dir. Rezervuarın tabanındaki daha yoğun su katmanlarında sıcaklık yaklaşık 4 °C'dir. Bu sayede donan rezervuarların sularında hayat olabiliyor.
Sıvıların en ilginç özelliği varlığıdır. serbest yüzey . Sıvı, gazlardan farklı olarak içine döküldüğü kabın hacminin tamamını doldurmaz. Sıvının geri kalanına göre özel koşullarda olan sıvı ile gaz (veya buhar) arasında bir arayüz oluşturulur. Son derece düşük sıkıştırılabilirlik nedeniyle daha yoğun paketlenmiş bir yüzey tabakasının varlığı akılda tutulmalıdır. sıvının hacminde gözle görülür bir değişiklik yaratmaz. Bir molekül yüzeyden sıvıya doğru hareket ederse, moleküller arası etkileşim kuvvetleri pozitif iş yapacaktır. Aksine, belirli sayıda molekülün sıvının derinliklerinden yüzeye çekilmesi (yani sıvının yüzey alanının arttırılması) için dış kuvvetlerin pozitif iş yapması gerekir Δ A harici, değişimle orantılı Δ S yüzey alanı:
Mekanikten bir sistemin denge durumlarının potansiyel enerjisinin minimum değerine karşılık geldiği bilinmektedir. Bundan, sıvının serbest yüzeyinin alanını azaltma eğiliminde olduğu sonucu çıkar. Bu nedenle serbest bir sıvı damlası küresel bir şekil alır. Sıvı, yüzeyine teğetsel olarak etki eden kuvvetler bu yüzeyi daraltıyor (çekiyor) gibi davranır. Bu kuvvetlere denir yüzey gerilimi kuvvetleri .
Yüzey gerilim kuvvetlerinin varlığı, bir sıvının yüzeyini elastik gerilmiş bir film gibi gösterir; tek fark, filmdeki elastik kuvvetlerin yüzey alanına (yani filmin nasıl deforme olduğuna) ve yüzey gerilimine bağlı olmasıdır. kuvvetler bağımlı değil sıvının yüzey alanında.
Sabunlu su gibi bazı sıvılar ince filmler oluşturma özelliğine sahiptir. Bilinen sabun kabarcıkları düzenli küresel bir şekle sahiptir; bu aynı zamanda yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisini de gösterir. Yanlarından biri hareketli olan tel çerçeve sabunlu çözeltiye indirilirse çerçevenin tamamı bir sıvı filmiyle kaplanacaktır (Şekil 3.5.3).
Yüzey gerilimi kuvvetleri filmin yüzeyini azaltma eğilimindedir. Çerçevenin hareketli tarafını dengelemek için, kuvvetin etkisi altında çapraz çubuk Δ kadar hareket ederse, ona harici bir kuvvet uygulanmalıdır. XΔ işi gerçekleştirilecek A vn = F vn Δ X = Δ E p = σΔ S, burada Δ S = 2LΔ X– sabun filminin her iki tarafının yüzey alanında artış. Kuvvetlerin modülleri aynı olduğundan şunu yazabiliriz:
|
Böylece yüzey gerilim katsayısı σ şu şekilde tanımlanabilir: yüzeyi sınırlayan çizginin birim uzunluğu başına etki eden yüzey gerilim kuvvetinin modülü.
Sıvı damlalarındaki ve sabun kabarcıklarının içindeki yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi nedeniyle aşırı basınç Δ ortaya çıkar P. Zihinsel olarak küresel bir yarıçap damlası keserseniz R iki yarıya bölünürse, her biri 2π uzunluğundaki kesme sınırına uygulanan yüzey gerilimi kuvvetlerinin etkisi altında dengede olmalıdır. R ve π alanına etki eden aşırı basınç kuvvetleri R 2 bölüm (Şekil 3.5.4). Denge koşulu şu şekilde yazılır:
Bu kuvvetler sıvının molekülleri arasındaki etkileşim kuvvetlerinden daha büyükse, o zaman sıvı ıslatır bir katının yüzeyi. Bu durumda sıvı, katının yüzeyine belirli bir sıvı-katı çiftinin özelliği olan belirli bir dar açı θ ile yaklaşır. θ açısına denir temas açısı . Sıvı moleküller arasındaki etkileşim kuvvetleri, katı moleküllerle etkileşim kuvvetlerini aşarsa, θ temas açısının geniş olduğu ortaya çıkar (Şekil 3.5.5). Bu durumda sıvının olduğunu söylüyorlar. ıslanmaz bir katının yüzeyi. Şu tarihte: tam ıslatmaθ = 0, tamamen ıslanmazθ = 180°.
Kılcal fenomen küçük çaplı tüplerdeki sıvının yükselmesi veya alçalması denir - kılcal damarlar. Islatıcı sıvılar kılcal damarlardan yükselir, ıslatmayan sıvılar ise aşağıya doğru iner.
Şek. 3.5.6 belirli bir yarıçapa sahip bir kılcal boruyu göstermektedir R, alt uçta ρ yoğunluğunda bir ıslatma sıvısına indirildi. Kılcal damarın üst ucu açıktır. Kılcal borudaki sıvının yükselişi, kılcal borudaki sıvı kolonuna etki eden yerçekimi kuvveti bileşke büyüklüğüne eşit olana kadar devam eder. F n sıvının kılcal yüzey ile temas sınırı boyunca etki eden yüzey gerilim kuvvetleri: F t = F n, nerede F t = mg = ρ Hπ R 2 G, F n = σ2π Rçünkü θ.
Bundan şu sonuç çıkıyor:
Tamamen ıslanmayan θ = 180° ile cos θ = –1 ve dolayısıyla, H < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.
Su, temiz cam yüzeyini neredeyse tamamen ıslatır. Aksine cıva cam yüzeyini tamamen ıslatmaz. Bu nedenle cam kılcal damardaki cıva seviyesi kaptaki civa seviyesinin altına düşer.
24) Buharlaşma: tanımı, çeşitleri (buharlaşma, kaynama), buharlaşma ve yoğunlaşma için gereken ısı miktarının hesaplanması, buharlaşmanın özgül ısısı.
Buharlaşma ve yoğunlaşma. Maddenin moleküler yapısı hakkındaki fikirlere dayanarak buharlaşma olgusunun açıklanması. Özgül buharlaşma ısısı. Birimleri.
Sıvının buhara dönüşme olayına denir buharlaşma.
Buharlaşma - açık bir yüzeyden meydana gelen buharlaşma süreci.
Sıvı moleküller farklı hızlarda hareket eder. Herhangi bir molekül bir sıvının yüzeyine gelirse, komşu moleküllerin çekimini yenebilir ve sıvının dışına uçabilir. Dışarı atılan moleküller buhar oluşturur. Sıvının geri kalan molekülleri çarpışma anında hız değiştirir. Aynı zamanda bazı moleküller sıvının dışına uçacak kadar hız kazanırlar. Bu işlem, sıvıların yavaşça buharlaşması için devam eder.
* Buharlaşma hızı sıvının türüne bağlıdır. Molekülleri daha az kuvvetle çekilen sıvılar daha hızlı buharlaşır.
*Buharlaşma her sıcaklıkta meydana gelebilir. Ancak yüksek sıcaklıklarda buharlaşma daha hızlı gerçekleşir .
* Buharlaşma hızı yüzey alanına bağlıdır.
*Rüzgar (hava akışı) ile buharlaşma daha hızlı gerçekleşir.
Buharlaşma sırasında iç enerji azalır çünkü Buharlaşma sırasında sıvı hızlı molekülleri terk eder, dolayısıyla kalan moleküllerin ortalama hızı azalır. Bu, dışarıdan enerji akışı yoksa sıvının sıcaklığının azaldığı anlamına gelir.
Buharın sıvıya dönüşme olayına denir yoğunlaşma.
Buna enerjinin serbest bırakılması eşlik eder.
Buhar yoğunlaşması bulutların oluşumunu açıklar. Yerden yükselen su buharı, havanın üst soğuk katmanlarında minik su damlacıklarından oluşan bulutlar oluşturur.
Özgül buharlaşma ısısı – fiziksel 1 kg ağırlığındaki bir sıvının sıcaklığı değişmeden buhara dönüştürülmesi için ne kadar ısıya ihtiyaç duyulduğunu gösteren bir değer.
Ud. buharlaşma ısısı L harfiyle gösterilir ve J/kg cinsinden ölçülür
Ud. suyun buharlaşma ısısı: L=2,3×10 6 J/kg, alkol L=0,9×10 6
Sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarı: Q = Lm
Ocakta ne daha hızlı ısınır - su ısıtıcısı mı yoksa bir kova su mu? Cevap açık: bir çaydanlık. O zaman ikinci soru neden?
Cevap daha az açık değil - çünkü su ısıtıcısındaki suyun kütlesi daha az. Harika. Ve artık evinizde kendiniz gerçek bir fiziksel deneyim yapabilirsiniz. Bunu yapmak için, iki özdeş küçük tencereye, eşit miktarda suya ve bitkisel yağa, örneğin her biri yarım litreye ve bir sobaya ihtiyacınız olacak. Yağ ve su dolu tencereleri aynı ateşe koyun. Şimdi neyin daha hızlı ısınacağını izleyin. Sıvılar için termometreniz varsa kullanabilirsiniz; yoksa zaman zaman parmağınızla sıcaklığı test edebilirsiniz, sadece yanmamaya dikkat edin. Her durumda, yağın sudan çok daha hızlı ısındığını yakında göreceksiniz. Ve deneyim biçiminde de uygulanabilecek bir soru daha. Hangisi daha hızlı kaynar - ılık su mu yoksa soğuk mu? Her şey yine açık - sıcak olan bitiş çizgisinde ilk olacak. Bütün bu garip sorular ve deneyler neden? “Isı miktarı” adı verilen fiziksel miktarı belirlemek.
Isı miktarı
Isı miktarı, bir vücudun ısı transferi sırasında kaybettiği veya kazandığı enerjidir. Adından da bu anlaşılıyor. Soğurken vücut belirli bir miktar ısı kaybedecek ve ısıtıldığında emecektir. Ve sorularımızın cevapları bize gösterdi Isı miktarı neye bağlıdır? Birincisi, bir cismin kütlesi ne kadar büyükse, sıcaklığını bir derece değiştirmek için harcanması gereken ısı miktarı da o kadar büyük olur. İkincisi, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı, onun oluştuğu maddeye, yani maddenin cinsine bağlıdır. Üçüncüsü, ısı transferinden önceki ve sonraki vücut ısısındaki fark da hesaplamalarımız için önemlidir. Yukarıdakilere dayanarak şunları yapabiliriz: formülü kullanarak ısı miktarını belirleyin:
burada Q ısı miktarıdır,
m - vücut ağırlığı,
(t_2-t_1) - başlangıç ve son vücut sıcaklıkları arasındaki fark,
c, ilgili tablolardan bulunan maddenin spesifik ısı kapasitesidir.
Bu formülü kullanarak herhangi bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarını veya bu cismin soğurken açığa çıkaracağı ısı miktarını hesaplayabilirsiniz.
Isı miktarı, herhangi bir enerji türü gibi joule (1 J) cinsinden ölçülür. Ancak bu değer çok uzun zaman önce ortaya çıkmadı ve insanlar ısı miktarını çok daha erken ölçmeye başladı. Ve zamanımızda yaygın olarak kullanılan bir birim olan kaloriyi (1 cal) kullandılar. 1 kalori, 1 gram suyu 1 santigrat derece ısıtmak için gereken ısı miktarıdır. Bu verilerden yola çıkarak yedikleri yiyeceklerin kalorisini saymayı sevenler, sırf eğlence olsun diye, yiyeceklerle birlikte tükettikleri enerjiyle gün içinde kaç litre su kaynatılabileceğini hesaplayabiliyor.
Bir termodinamik sistemin iç enerjisi iki şekilde değiştirilebilir:
- Sistem üzerinde çalışmalar yapmak,
- termal etkileşimi kullanarak.
Isının bir vücuda aktarılması, vücut üzerindeki makroskobik çalışmanın performansıyla ilişkili değildir. Bu durumda iç enerjideki değişim, daha yüksek sıcaklıktaki bir cisimdeki tek tek moleküllerin, daha düşük sıcaklıktaki bir cisimdeki bazı moleküller üzerinde çalışması nedeniyle ortaya çıkar. Bu durumda termal iletkenlik nedeniyle termal etkileşim gerçekleşir. Radyasyon kullanılarak enerji transferi de mümkündür. Mikroskobik süreçler sistemine (tüm vücutla değil, bireysel moleküllerle ilgili) ısı transferi denir. Isı transferi sonucunda bir cisimden diğerine aktarılan enerji miktarı, bir cisimden diğerine aktarılan ısı miktarı ile belirlenir.
Tanım
SıcaklıkÇevredeki cisimlerle (çevre) ısı alışverişi sürecinde bir cisim tarafından alınan (veya verilen) enerjidir.
Bu termodinamiğin temel niceliklerinden biridir. Isı, termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarının matematiksel ifadelerinde yer almaktadır. Isının moleküler hareket formundaki enerji olduğu söylenir.
Isı sisteme (gövdeye) aktarılabilir veya ondan alınabilir. Isı sisteme aktarılırsa pozitif olduğuna inanılmaktadır.
Sıcaklık değiştiğinde ısıyı hesaplamak için formül
Temel ısı miktarını şu şekilde gösteririz: Sistemin durumundaki küçük bir değişiklikle aldığı (verdiği) ısı unsurunun tam bir diferansiyel olmadığını belirtelim. Bunun nedeni ısının sistemin durumunu değiştirme sürecinin bir fonksiyonu olmasıdır.
Sisteme verilen temel ısı miktarı ve sıcaklığın T'den T+dT'ye değişmesi şuna eşittir:
burada C vücudun ısı kapasitesidir. Söz konusu cisim homojen ise, ısı miktarına ilişkin formül (1) şu şekilde temsil edilebilir:
cismin özgül ısı kapasitesi nerede, m cismin kütlesi, molar ısı kapasitesi, maddenin molar kütlesi, maddenin mol sayısıdır.
Eğer cisim homojen ise ve ısı kapasitesi sıcaklıktan bağımsız kabul edilirse, o zaman vücudun sıcaklığı bir miktar arttığında aldığı ısı miktarı () şu şekilde hesaplanabilir:
burada t 2, t 1 ısıtmadan önce ve sonra vücut sıcaklığı. Hesaplamalarda farkı () bulurken sıcaklıkların hem Santigrat derece hem de kelvin cinsinden değiştirilebileceğini lütfen unutmayın.
Faz geçişleri sırasındaki ısı miktarı formülü
Bir maddenin bir fazından diğerine geçişine, belirli miktarda ısının emilmesi veya salınması eşlik eder, buna faz geçiş ısısı denir.
Bu nedenle, bir madde elementini katı halden sıvıya aktarmak için ona aşağıdakilere eşit miktarda ısı () verilmelidir:
özgül füzyon ısısı nerede, dm vücut kütlesinin unsurudur. Vücudun söz konusu maddenin erime noktasına eşit bir sıcaklığa sahip olması gerektiği dikkate alınmalıdır. Kristalleşme sırasında (4)'e eşit ısı açığa çıkar.
Sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarı (buharlaşma ısısı) şu şekilde bulunabilir:
burada r, buharlaşmanın özgül ısısıdır. Buhar yoğunlaştığında ısı açığa çıkar. Buharlaşma ısısı, eşit madde kütlelerinin yoğunlaşma ısısına eşittir.
Isı miktarını ölçmek için birimler
SI sistemindeki ısı miktarının temel ölçüm birimi: [Q]=J
Genellikle teknik hesaplamalarda bulunan ekstra sistem ısı birimi. [Q]=cal (kalori). 1 kal=4,1868 J.
Problem çözme örnekleri
Örnek
Egzersiz yapmak. T = 40 C sıcaklıkta 200 litre su elde etmek için hangi hacimde su karıştırılmalıdır, suyun bir kütlesinin sıcaklığı t 1 = 10 C ise, ikinci su kütlesinin sıcaklığı t 2 = 60 C olur. ?
Çözüm. Isı dengesi denklemini şu şekilde yazalım:
burada Q=cmt suyun karıştırılmasından sonra hazırlanan ısı miktarıdır; Q 1 = cm 1 t 1 - suyun bir kısmının sıcaklığı t 1 ve kütlesi m 1 olan ısı miktarı; Q 2 = cm2 t2 - suyun bir kısmının sıcaklığı t2 ve kütlesi m2 olan ısı miktarı.
Denklem (1.1)'den şu sonuç çıkar:
Soğuk (V 1) ve sıcak (V 2) su kısımlarını tek bir hacimde (V) birleştirirken şunu varsayabiliriz:
Böylece bir denklem sistemi elde ederiz:
Bunu çözdükten sonra şunu elde ederiz:
