Barcha moddalar ichki energiyaga ega. Bu qiymat bir qator fizik va kimyoviy xususiyatlar bilan tavsiflanadi, ular orasida issiqlikka alohida e'tibor berilishi kerak. Bu miqdor moddaning molekulalari orasidagi o'zaro ta'sir kuchlarini tavsiflovchi mavhum matematik qiymatdir. Issiqlik almashinuvi mexanizmini tushunish moddalarni sovutish va isitish, shuningdek, ularning yonishi paytida qancha issiqlik ajralib chiqqani haqidagi savolga javob berishga yordam beradi.
Issiqlik hodisasining kashf etilishi tarixi
Dastavval issiqlik uzatish hodisasi juda sodda va aniq tasvirlangan: moddaning harorati ko`tarilsa, u issiqlik oladi, sovigan holda esa uni atrof-muhitga chiqaradi. Biroq, issiqlik uch asr oldin o'ylanganidek, ko'rib chiqilayotgan suyuqlik yoki tananing ajralmas qismi emas. Odamlar sodda tarzda materiya ikki qismdan iborat deb ishonishgan: o'z molekulalari va issiqlik. Lotin tilida "harorat" atamasi "aralashma" degan ma'noni anglatishini kam odam eslaydi va masalan, ular bronza haqida "qalay va misning harorati" deb gapirishgan.
XVII asrda ikkita faraz paydo bo'ldiissiqlik va issiqlik uzatish hodisasini aniq tushuntira olardi. Birinchisi 1613 yilda Galiley tomonidan taklif qilingan. Uning so'zlari shunday edi: "Issiqlik har qanday tanaga kirib, tashqariga kirishi mumkin bo'lgan g'ayrioddiy moddadir". Galiley bu moddani kaloriya deb atadi. Uning ta'kidlashicha, kaloriya yo'qolishi yoki qulashi mumkin emas, balki faqat bir tanadan boshqasiga o'tishga qodir. Shunga ko'ra, moddada qancha kaloriya bo'lsa, uning harorati shunchalik yuqori bo'ladi.
Ikkinchi gipoteza 1620-yilda paydo boʻlgan va faylasuf Bekon tomonidan taklif qilingan. U bolg'aning kuchli zarbalari ostida temir qizib ketganini payqadi. Bu tamoyil ishqalanish natijasida olov yoqishda ham ishladi, bu esa Bekonni issiqlikning molekulyar tabiati haqida o'ylashga majbur qildi. Uning ta'kidlashicha, tanaga mexanik ta'sir ko'rsatilsa, uning molekulalari bir-biriga ura boshlaydi, harakat tezligini oshiradi va shu bilan haroratni oshiradi.
Ikkinchi gipotezaning natijasi issiqlik modda molekulalarining bir-biriga mexanik ta'sirining natijasi ekanligi haqidagi xulosa edi. Lomonosov uzoq vaqt davomida bu nazariyani asoslash va eksperimental tarzda isbotlashga harakat qildi.
Issiqlik moddaning ichki energiyasining oʻlchovidir
Zamonaviy olimlar quyidagi xulosaga kelishdi: issiqlik energiyasi - bu modda molekulalarining o'zaro ta'siri, ya'ni tananing ichki energiyasi. Zarrachalarning harakat tezligi haroratga bog'liq, issiqlik miqdori esa moddaning massasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Shunday qilib, bir chelak suv to'ldirilgan idishga qaraganda ko'proq issiqlik energiyasiga ega. Biroq, issiq suyuqlikning bir likopchasisovuq suv havzasiga qaraganda kamroq issiqlik bo'lishi mumkin.
XVII asrda Galiley tomonidan ilgari surilgan kaloriya nazariyasi olimlar J. Joul va B. Ramford tomonidan rad etilgan. Ular issiqlik energiyasi hech qanday massaga ega emasligini va faqat molekulalarning mexanik harakati bilan tavsiflanishini isbotladilar.
Maddaning yonishi paytida qancha issiqlik ajralib chiqadi? Maxsus kaloriya qiymati
Bugungi kunda torf, neft, ko'mir, tabiiy gaz yoki yog'och universal va keng qo'llaniladigan energiya manbalari hisoblanadi. Bu moddalar yondirilganda ma'lum miqdorda issiqlik ajralib chiqadi, u isitish, ishga tushirish mexanizmlari va boshqalar uchun ishlatiladi. Bu qiymatni amalda qanday hisoblash mumkin?
Buning uchun solishtirma yonish issiqligi tushunchasi kiritilgan. Bu qiymat ma'lum bir moddaning 1 kg yonishi paytida chiqariladigan issiqlik miqdoriga bog'liq. U q harfi bilan belgilanadi va J / kg bilan o'lchanadi. Quyida eng keng tarqalgan yoqilg'i turlari uchun q qiymatlari jadvali keltirilgan.
Dvigatellarni qurish va hisoblashda muhandis ma'lum miqdorda modda yonganda qancha issiqlik ajralib chiqishini bilishi kerak. Buning uchun siz Q=qm formulasidan foydalanib bilvosita o'lchovlardan foydalanishingiz mumkin, bu erda Q - moddaning yonish issiqligi, q - yonishning o'ziga xos issiqligi (jadval qiymati), m - berilgan massa.
Yonish jarayonida issiqlik hosil boʻlishi kimyoviy bogʻlanishlar hosil boʻlishida energiya ajralib chiqish hodisasiga asoslanadi. Eng oddiy misol - tarkibida mavjud bo'lgan uglerodning yonishihar qanday turdagi zamonaviy yoqilg'ida. Uglerod atmosfera havosi ishtirokida yonadi va kislorod bilan birlashib, karbonat angidridni hosil qiladi. Kimyoviy bog'lanishning hosil bo'lishi issiqlik energiyasining atrof-muhitga chiqishi bilan davom etadi va inson bu energiyani o'z maqsadlari uchun ishlatishga moslashgan.
Afsuski, neft yoki torf kabi qimmatli resurslarni o'ylamay sarflash tez orada ushbu yoqilg'ilarni ishlab chiqarish manbalarining tugashiga olib kelishi mumkin. Bugungi kunda elektr jihozlari va hatto yangi avtomobil modellari paydo bo'lmoqda, ularning ishlashi quyosh nuri, suv yoki er qobig'i energiyasi kabi muqobil energiya manbalariga asoslangan.
Issiqlik uzatish
Tana ichida yoki bir jismdan ikkinchisiga issiqlik energiyasini almashish qobiliyati issiqlik uzatish deyiladi. Bu hodisa o'z-o'zidan paydo bo'lmaydi va faqat harorat farqi bilan sodir bo'ladi. Eng oddiy holatda, muvozanat o'rnatilguncha issiqlik energiyasi issiqroq jismdan kamroq isitiladigan jismga o'tkaziladi.
Issiqlik almashinuvi hodisasi yuzaga kelishi uchun jismlar aloqada boʻlishi shart emas. Har qanday holatda ham muvozanatning o'rnatilishi ko'rib chiqilayotgan ob'ektlar orasidagi kichik masofada ham sodir bo'lishi mumkin, lekin ular aloqa qilgandan ko'ra sekinroq tezlikda.
Issiqlik uzatishni uch turga bo'lish mumkin:
1. Issiqlik o'tkazuvchanligi.
2. Konveksiya.
3. Radiant almashinuvi.
Issiqlik o'tkazuvchanligi
Bu hodisa issiqlik energiyasining moddaning atomlari yoki molekulalari oʻrtasida oʻtkazilishiga asoslangan. Sababtransmissiya - molekulalarning xaotik harakati va ularning doimiy to'qnashuvi. Shu tufayli issiqlik zanjir bo‘ylab bir molekuladan ikkinchi molekulaga o‘tadi.
Issiqlik o’tkazuvchanlik hodisasini har qanday temir moddasi kalsinlanganda, yuzadagi qizarish bir tekis tarqalib, asta-sekin so’na boshlaganda (atrof-muhitga ma’lum miqdorda issiqlik ajralib chiqqanda) kuzatilishi mumkin.
F. Furye moddaning issiqlik o'tkazuvchanlik darajasiga ta'sir qiluvchi barcha miqdorlarni to'plagan issiqlik oqimi formulasini oldi (quyidagi rasmga qarang).
Bu formulada Q/t - issiqlik oqimi, l - issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti, S - kesma maydoni, T/X - tananing uchlari orasidagi harorat farqining nisbati. ma'lum masofa.
Issiqlik o'tkazuvchanligi - jadval qiymati. Bu turar-joy binosini izolyatsiyalashda yoki asbob-uskunalarni issiqlik izolatsiyasida amaliy ahamiyatga ega.
Radient issiqlik uzatish
Issiqlik uzatishning yana bir usuli, u elektromagnit nurlanish hodisasiga asoslangan. Uning konvektsiya va issiqlik o'tkazuvchanligidan farqi shundaki, energiya almashinuvi vakuum fazosida ham sodir bo'lishi mumkin. Biroq, birinchi holatda bo'lgani kabi, harorat farqi talab qilinadi.
Radiant almashinuvi issiqlik energiyasini Quyoshdan Yer yuzasiga o'tkazishga misol bo'lib, u asosan infraqizil nurlanish uchun javobgardir. Er yuzasiga qancha issiqlik yetib borishini aniqlash uchun ko'plab stansiyalar qurilganbu indikatordagi oʻzgarishlarni kuzatib boring.
Konveksiya
Havo oqimlarining konvektiv harakati issiqlik uzatish hodisasi bilan bevosita bog’liq. Biz suyuqlik yoki gazga qancha issiqlik berganimizdan qat'iy nazar, moddaning molekulalari tezroq harakatlana boshlaydi. Shu sababli, butun tizimning bosimi pasayadi va hajmi, aksincha, ortadi. Bu issiq havo oqimlari yoki boshqa gazlarning yuqoriga qarab harakatlanishining sababidir.
Kundalik hayotda konveksiya hodisasidan foydalanishning eng oddiy misoli xonani batareyalar bilan isitish deb atash mumkin. Ular biron bir sababga ko'ra xonaning pastki qismida joylashgan, lekin isitiladigan havo ko'tarilishi uchun joy bo'lishi uchun xona atrofida oqimlarning aylanishiga olib keladi.
Issiqlikni qanday o'lchash mumkin?
Isitish yoki sovutish issiqligi maxsus qurilma - kalorimetr yordamida matematik tarzda hisoblanadi. O'rnatish suv bilan to'ldirilgan katta issiqlik izolyatsiyalangan idish bilan ifodalanadi. Muhitning dastlabki haroratini o'lchash uchun suyuqlikka termometr tushiriladi. Keyin muvozanat o'rnatilgandan keyin suyuqlik haroratining o'zgarishini hisoblash uchun qizdirilgan jism suvga tushiriladi.
t ni oshirish yoki kamaytirish orqali atrof-muhit tanani isitish uchun qancha issiqlik sarflanishi kerakligini aniqlaydi. Kalorimetr harorat o'zgarishini qayd eta oladigan eng oddiy qurilma.
Shuningdek, kalorimetr yordamida yonish paytida qancha issiqlik chiqishini hisoblashingiz mumkin.moddalar. Buning uchun suv bilan to'ldirilgan idishga "bomba" qo'yiladi. Ushbu "bomba" sinov moddasi joylashgan yopiq idishdir. Unga o't qo'yish uchun maxsus elektrodlar ulanadi va kamera kislorod bilan to'ldiriladi. Moddaning toʻliq yonishidan soʻng suv haroratining oʻzgarishi qayd etiladi.
Bunday tajribalar jarayonida issiqlik energiyasining manbalari kimyoviy va yadroviy reaksiyalar ekanligi aniqlandi. Yadro reaktsiyalari Yerning chuqur qatlamlarida sodir bo'lib, butun sayyora uchun issiqlikning asosiy zaxirasini tashkil qiladi. Ular odamlar tomonidan yadroviy sintez orqali energiya ishlab chiqarish uchun ham ishlatiladi.
Kimyoviy reaksiyalarga moddalarning yonishi va polimerlarning inson ovqat hazm qilish tizimida monomerlarga boʻlinishi misol boʻla oladi. Molekuladagi kimyoviy bog‘larning sifati va miqdori yakunda qancha issiqlik ajralib chiqishini aniqlaydi.
Issiqlik qanday o'lchanadi?
Xalqaro SI tizimidagi issiqlik birligi joul (J) dir. Shuningdek, kundalik hayotda tizimdan tashqari birliklar - kaloriyalar qo'llaniladi. 1 kaloriya xalqaro standart bo'yicha 4,1868 J va termokimyoga ko'ra 4,184 J ga teng. Ilgari, olimlar tomonidan kamdan-kam qo'llaniladigan btu btu mavjud edi. 1 BTU=1,055 J.
