Fizikada "issiqlik" tushunchasi issiqlik energiyasini turli jismlar o'rtasida uzatish bilan bog'liq. Ushbu jarayonlar tufayli jismlarning isishi va sovishi, shuningdek ularning yig'ilish holatlarining o'zgarishi sodir bo'ladi. Keling, issiqlik nima degan savolni batafsil ko'rib chiqaylik.
Konseptsiya tushunchasi
Issiqlik nima? Har bir inson bu savolga kundalik nuqtai nazardan javob berishi mumkin, ya'ni ko'rib chiqilayotgan kontseptsiya ostida atrof-muhit harorati ko'tarilganda his-tuyg'ularini anglatadi. Fizikada bu hodisa tanani tashkil etuvchi molekulalar va atomlarning xaotik harakati intensivligining oʻzgarishi bilan bogʻliq boʻlgan energiyani uzatish jarayoni sifatida tushuniladi.
Umuman olganda shuni aytishimiz mumkinki, tana harorati qancha yuqori boʻlsa, unda shunchalik ichki energiya toʻplanadi va u boshqa jismlarga shunchalik koʻp issiqlik berishi mumkin.
Issiqlik va harorat
Issiqlik nima degan savolga javobni bilgan holda, ko'pchilik bu tushunchani "harorat" tushunchasiga o'xshash deb o'ylashlari mumkin, ammo unday emas. Issiqlik kinetik energiya, harorat esa buning o'lchovidirenergiya. Demak, issiqlik uzatish jarayoni moddaning massasiga, uni tashkil etuvchi zarrachalar soniga, shuningdek, bu zarrachalarning turiga va ularning harakatining o'rtacha tezligiga bog'liq. O'z navbatida, harorat faqat sanab o'tilgan parametrlarning oxirgisiga bog'liq.
Issiqlik va harorat oʻrtasidagi farqni oddiy tajriba oʻtkazsangiz tushunish oson: ikkita idishga suv quyishingiz kerak, shunda bitta idish toʻla, ikkinchisi esa faqat yarmi toʻldiriladi. Ikkala idishni ham olovga qo'yib, suvi kam bo'lgan idish birinchi bo'lib qaynay boshlaganini kuzatish mumkin. Ikkinchi idish qaynab ketishi uchun olovdan biroz ko'proq issiqlik kerak bo'ladi. Ikkala idish qaynayotganda siz ularning haroratini o'lchashingiz mumkin, u bir xil bo'ladi (100 oC), lekin to'la idish ichida suv qaynatish uchun ko'proq issiqlik kerak edi.
Isitish birliklari
Fizikadagi issiqlik ta'rifiga ko'ra, u energiya yoki ish bilan bir xil birliklarda, ya'ni joulda (J) o'lchanganligini taxmin qilish mumkin. Issiqlikning asosiy birligidan tashqari, kundalik hayotda siz ko'pincha kaloriyalar (kkal) haqida eshitishingiz mumkin. Ushbu kontseptsiya bir gramm suvga o'tkazilishi kerak bo'lgan issiqlik miqdori sifatida tushuniladi, shunda uning harorati 1 kelvin (K) ga ko'tariladi. Bir kaloriya 4,184 J ga teng. Katta va kichik kaloriyalar haqida ham eshitishingiz mumkin, ular mos ravishda 1 kkal va 1 kal.
Issiqlik sig'imi tushunchasi
Issiqlik nima ekanligini bilgan holda, keling, uni bevosita tavsiflovchi fizik miqdorni - issiqlik sig'imini ko'rib chiqaylik. Ushbu kontseptsiya doirasidafizika - bu jismning harorati 1 kelvinga (K) o'zgarishi uchun unga berilishi yoki undan olinishi kerak bo'lgan issiqlik miqdori.
Muayyan tananing issiqlik sig'imi 2 ta asosiy omilga bog'liq:
- tananing kimyoviy tarkibi va agregatsiya holati to'g'risida;
- uning massasi.
Bu xususiyatni jismning massasidan mustaqil qilish uchun issiqlik fizikasiga boshqa miqdor kiritildi - 1 kg jism uchun berilgan yoki qabul qilingan issiqlik miqdorini aniqlaydigan o'ziga xos issiqlik sig'imi. harorat 1 K ga o'zgarganda uning massasi.
Har xil moddalarning solishtirma issiqlik sig`imlari farqini aniq ko`rsatish uchun, masalan, 1 g suv, 1 g temir va 1 g kungaboqar yog`ini olib, ularni qizdiring. Harorat eng tez temir namunasi uchun, so'ngra yog' tushishi uchun o'zgaradi va suv uchun davom etadi.
E'tibor bering, solishtirma issiqlik sig'imi nafaqat moddaning kimyoviy tarkibiga, balki uning yig'ilish holatiga, shuningdek, u hisobga olinadigan tashqi fizik shartlarga (doimiy bosim yoki doimiy hajm) bog'liq..
Issiqlik uzatish jarayonining asosiy tenglamasi
Issiqlik nima degan savol bilan shug'ullangandan so'ng, uni har qanday agregatsiya holatidagi mutlaqo har qanday jismlar uchun uzatish jarayonini tavsiflovchi asosiy matematik ifodani berish kerak. Bu ifoda quyidagi shaklga ega: Q=cmDT, bu erda Q - uzatilgan (qabul qilingan) issiqlik miqdori, c - ko'rib chiqilayotgan ob'ektning o'ziga xos issiqligi, m -uning massasi, DT - mutlaq haroratning o'zgarishi, bu issiqlik uzatish jarayonining oxirida va boshida tana haroratining farqi sifatida aniqlanadi.
Ko’rib chiqilayotgan jarayon davomida ob’ekt o’zining agregat holatini saqlab qolganda, ya’ni u suyuq, qattiq yoki gaz holda qolsa, yuqoridagi formula har doim amal qilishini tushunish muhimdir. Aks holda, tenglamadan foydalanib boʻlmaydi.
Materiyaning yigʻilish holatining oʻzgarishi
Ma'lumki, materiya boʻlishi mumkin boʻlgan 3 ta asosiy agregat holat mavjud:
- gaz;
- suyuq;
- qattiq tana.
Bir holatdan ikkinchi holatga o'tish uchun tanani xabardor qilish yoki undan issiqlikni olish kerak. Fizikada bunday jarayonlar uchun erish (kristallanish) va qaynash (kondensatsiya)ning solishtirma issiqliklari tushunchalari kiritildi. Bu miqdorlarning barchasi agregatsiya holatini o'zgartirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdorini aniqlaydi, bu esa 1 kg tana vaznini chiqaradi yoki yutadi. Ushbu jarayonlar uchun tenglama o'rinli: Q=Lm, bu erda L - moddaning holatlari orasidagi mos o'tishning solishtirma issiqligi.
Agregatsiya holatini oʻzgartirish jarayonlarining asosiy xususiyatlari quyida keltirilgan:
- Bu jarayonlar qaynash yoki erish kabi doimiy haroratda sodir boʻladi.
- Ular teskari. Masalan, ma'lum bir jismning erishi uchun yutgan issiqlik miqdori, agar bu jism yana o'tib ketsa, atrof-muhitga chiqadigan issiqlik miqdoriga to'liq teng bo'ladi.qattiq holatga.
Issiqlik muvozanati
Bu ko'rib chiqilishi kerak bo'lgan "issiqlik" tushunchasi bilan bog'liq yana bir muhim masala. Agar haroratlari har xil bo'lgan ikkita jism bir-biriga tegsa, bir muncha vaqt o'tgach, butun tizimdagi harorat tenglashadi va bir xil bo'ladi. Issiqlik muvozanatiga erishish uchun harorat yuqori bo'lgan jism tizimga issiqlik berishi kerak va past haroratli tana bu issiqlikni qabul qilishi kerak. Bu jarayonni tavsiflovchi issiqlik fizikasi qonunlarini asosiy issiqlik uzatish tenglamasi va moddaning agregat holatining o‘zgarishini (agar mavjud bo‘lsa) aniqlovchi tenglamaning birikmasi sifatida ifodalash mumkin.
Issiqlik muvozanatining o'z-o'zidan o'rnatilishi jarayonining yorqin misoli - suvga tashlangan qizg'ish temir novda. Bunday holda, issiq dazmol suvning harorati suyuqlik haroratiga tenglashguncha unga issiqlik beradi.
Issiqlik uzatishning asosiy usullari
Insonga ma'lum bo'lgan issiqlik energiyasi almashinuvi bilan bog'liq barcha jarayonlar uch xil usulda sodir bo'ladi:
- Issiqlik o'tkazuvchanligi. Issiqlik almashinuvi shu tarzda sodir bo'lishi uchun har xil haroratga ega bo'lgan ikki jism o'rtasida aloqa bo'lishi kerak. Mahalliy molekulyar darajadagi aloqa zonasida kinetik energiya issiq jismdan sovuq jismga o'tadi. Bu issiqlik uzatish tezligi ishtirok etgan jismlarning issiqlik o'tkazish qobiliyatiga bog'liq. Issiqlik o'tkazuvchanligining yorqin misoliodamning metall tayoqqa tegishi.
- Konveksiya. Bu jarayon moddalarning harakatini talab qiladi, shuning uchun u faqat suyuqlik va gazlarda kuzatiladi. Konveksiyaning mohiyati quyidagicha: gaz yoki suyuqlik qatlamlari qizdirilganda ularning zichligi pasayadi, shuning uchun ular ko'tarilish tendentsiyasiga ega. Suyuqlik yoki gaz hajmining ko'tarilishi paytida ular issiqlikni uzatadilar. Choynakdagi suvni qaynatish jarayoni konvektsiyaga misol bo'ladi.
- Radiatsiya. Bu issiqlik uzatish jarayoni isitiladigan jism tomonidan turli chastotalarning elektromagnit nurlanishining emissiyasi tufayli sodir bo'ladi. Quyosh nuri radiatsiyaning yorqin namunasidir.
