Visām vielām ir iekšējā enerģija.Šo vērtību raksturo vairākas fizikālās un ķīmiskās īpašības, no kurām īpaša uzmanība jāpievērš siltumam. Šī vērtība ir abstrakta matemātiska vērtība, kas raksturo vielas molekulu mijiedarbības spēkus. Siltumapmaiņas mehānisma izpratne var palīdzēt atbildēt uz jautājumu, cik daudz siltuma tiek izdalīta dzesēšanas un vielu sildīšanas laikā, kā arī to sadegšanu.
Siltuma fenomena atklāšanas vēsture
Siltuma pārneses parādība sākotnēji tika aprakstītaļoti vienkārša un skaidra: ja vielas temperatūra paaugstinās, tā saņem siltumu, un dzesēšanas gadījumā tas izplūst vidē. Tomēr siltums nav neatņemama šķidruma vai ķermeņa sastāvdaļa, kā tas tika uzskatīts pirms trim gadsimtiem. Cilvēki naivīgi uzskatīja, ka šī lieta sastāv no divām daļām: savas molekulas un siltuma. Mūsdienās daži cilvēki atceras, ka termins "temperatūra" latīņu valodā nozīmē "maisījums", un, piemēram, bronza tika saukta par "alvas un vara temperatūru".
17. gadsimtā parādījās divas hipotēzesBūtu saprotami izskaidrot siltuma un siltuma pārneses fenomenu. Pirmo reizi 1613. gadā ierosināja Galileo. Viņa formulējums bija šāds: „Siltums ir neparasta viela, kas var iekļūt jebkurā ķermenī un no tās.” Galileo šo vielu sauc par kaloriju. Viņš apgalvoja, ka kalorskābe nevar izzust vai sabrukt, bet tikai var pārvietoties no viena ķermeņa uz citu. Attiecīgi, jo lielāks ir siltuma daudzums vielā, jo augstāka temperatūra.
Otra hipotēze parādījās 1620. \ Tierosināja viņas filozofa bekonu. Viņš pamanīja, ka zem smagiem āmura sitieniem dzelzs tika sildīts. Šis princips darbojās arī tad, kad ugunsgrēks tika noslīpēts ar berzi, kas Baconam radīja ideju par siltuma molekulāro raksturu. Viņš apgalvoja, ka ar mehānisku iedarbību uz ķermeni tās molekulas sāk pārspēt viens otru, palielina kustības ātrumu un tādējādi paaugstina temperatūru.
Otrās hipotēzes rezultāts bija secinājums, kaSiltums ir materiāla molekulu mehāniskās iedarbības rezultāts. Ilgu laiku Lomonosovs mēģināja pamatot un eksperimentāli pierādīt šo teoriju.
Siltums ir vielas iekšējā enerģijas mērījums.
Mūsdienu zinātnieki ir nonākuši pie šādiem secinājumiem:termiskā enerģija ir vielu molekulu mijiedarbības rezultāts, t.i., ķermeņa iekšējā enerģija. Daļiņu kustības ātrums ir atkarīgs no temperatūras, un siltuma daudzums ir tieši proporcionāls vielas masai. Tātad, ūdens spainim ir vairāk siltumenerģijas nekā piepildīta kauss. Tomēr karstā šķidruma apakštase var būt mazāk siltuma nekā auksts baseins.
Теорию теплорода, которую предложил в 17 веке Galileo, ko noliedza zinātnieki J. Joel un B. Rumford. Viņi pierādīja, ka siltumenerģijai nav nekādas masas, un to raksturo vienīgi molekulu mehāniska kustība.
Cik daudz siltuma izdalās, kad viela apdegusi? Īpašs sadegšanas siltums
На сегодняшний день универсальными и широко Izmantotie enerģijas avoti ir kūdra, nafta, ogles, dabasgāze vai koksne. Kad šīs vielas tiek sadedzinātas, tiek izvadīts zināms siltuma daudzums, ko izmanto apkurei, iedarbināšanas mehānismiem utt. Kā šo vērtību var aprēķināt praksē?
Šim nolūkam tiek ieviests konkrēta siltuma jēdziens.sadedzināšana. Šī vērtība ir atkarīga no siltuma daudzuma, kas izdalās, sadedzinot 1 kg konkrētas vielas. To apzīmē ar burtu q un mēra J / kg. Zemāk ir tabula par dažu visbiežāk izmantoto degvielas veidu q vērtībām.
Inženieris dzinēju projektēšanā un aprēķināšanāir jāzina, cik daudz siltuma izdalīsies, sadedzinot noteiktu daudzumu vielas. Lai to izdarītu, varat izmantot netiešos mērījumus pēc formulas Q = qm, kur Q ir vielas sadegšanas siltums, q ir īpatnējais sadegšanas siltums (tabulas vērtība) un m ir noteiktā masa.
Siltuma ražošana degšanas laikā ir balstīta uzenerģijas izdalīšanās parādība ķīmisko saišu veidošanās laikā. Vienkāršākais piemērs ir oglekļa sadedzināšana, kas atrodas jebkurā modernā kurināmā veidā. Oglekļa dedzināšana atmosfēras gaisa klātbūtnē un apvienojas ar skābekli, veidojot oglekļa dioksīdu. Ķīmiskās saites veidošanās notiek ar siltumenerģijas atbrīvošanu vidē, un persona ir pielāgojusies šīs enerģijas izmantošanai savām vajadzībām.
Diemžēl nepārdomāts tik vērtīga izšķiešanaresursi, piemēram, nafta vai kūdra, drīz var noplicināt šo degvielu ieguves avotus. Jau šodien parādās elektroierīces un pat jauni automašīnu modeļi, kuru darba pamatā ir tādi alternatīvi enerģijas avoti kā saules gaisma, ūdens vai zemes garozas enerģija.
Siltuma pārnese
Spēja apmainīt siltuma enerģiju organismāvai no viena ķermeņa uz otru sauc par siltuma pārnesi. Šī parādība nenotiek spontāni un notiek tikai ar temperatūras starpību. Vienkāršākajā gadījumā siltuma enerģija tiek pārnesta no vairāk sakarsēta ķermeņa uz mazāk apsildītu ķermeni, līdz tiek izveidots līdzsvars.
Ķermeņiem nav jāsazināsradās siltuma pārneses parādība. Jebkurā gadījumā līdzsvara izveidošanās var notikt arī nelielā attālumā starp apskatāmajiem objektiem, bet ar mazāku ātrumu nekā tad, kad tie pieskaras.
Siltuma pārnesi var iedalīt trīs veidos:
1. Siltumvadītspēja.
2. Konvekcija.
3. starojuma apmaiņa.
Siltumvadītspēja
Šīs parādības pamatā ir siltumenerģijas nodošanastarp vielas atomiem vai molekulām. Pārneses cēlonis ir haotiska molekulu kustība un to pastāvīgā sadursme. Sakarā ar to siltums tiek pārnests no vienas molekulas uz otru gar ķēdi.
Siltumvadītspējas fenomenu var novērot plkstjebkura dzelzs materiāla kalcinēšana, kad apsārtums uz virsmas vienmērīgi izplatās un pamazām izzūd (vidē izdalās zināms daudzums siltuma).
Dž. Furjē atvasināja siltuma plūsmas formulu, kas savāca visus daudzumus, kas ietekmē vielas siltumvadītspējas pakāpi (skat. Attēlu zemāk).
Šajā formulā Q / t ir siltuma plūsma, λ -siltuma vadītspējas koeficients, S ir šķērsgriezuma laukums, T / X ir temperatūras starpības attiecība starp ķermeņa galiem, kas atrodas noteiktā attālumā.
Siltumvadītspēja ir tabulas vērtība. Tam ir praktiska nozīme dzīvojamās ēkas vai aprīkojuma siltumizolācijai.
Starojuma siltuma pārnešana
Vēl viena siltuma pārneses metode, kuras pamatā irelektromagnētiskā starojuma parādība. Tās atšķirība no konvekcijas un siltuma vadīšanas ir tāda, ka enerģijas pārnešana var notikt arī vakuuma telpā. Tomēr, tāpat kā pirmajā gadījumā, ir nepieciešama temperatūras starpība.
Radiācijas apmaiņa ir siltuma pārneses piemērsSaules enerģija līdz Zemes virsmai, kas galvenokārt ir atbildīga par infrasarkano starojumu. Lai noteiktu, cik daudz siltuma nonāk zemes virsmā, tika uzbūvētas daudzas stacijas, kas uzrauga šī rādītāja izmaiņas.
Konvekcija
Gaisa plūsmu tieša konvekcijakas saistīts ar siltuma pārneses parādību. Neatkarīgi no tā, cik daudz siltuma mēs esam devuši šķidrumam vai gāzei, vielas molekulas sāk kustēties ātrāk. Tāpēc visas sistēmas spiediens samazinās, un tilpums, gluži pretēji, palielinās. Tas ir iemesls siltas gaisa vai citu gāzu plūsmas virzībai uz augšu.
Vienkāršākais fenomena izmantošanas piemērskonvekciju ikdienas dzīvē var saukt par telpas apsildīšanu, izmantojot baterijas. Ne velti tie atrodas istabas apakšā, bet tā, lai sasildītajam gaisam būtu vieta paaugstināties, kas noved pie plūsmu aprites visā telpā.
Kā jūs varat izmērīt siltuma daudzumu?
Aprēķina apkures vai dzesēšanas siltumumatemātiski izmantojot īpašu ierīci - kalorimetru. Instalāciju attēlo liels izolēts trauks, kas piepildīts ar ūdeni. Termometrs tiek pazemināts šķidrumā, lai izmērītu barotnes sākotnējo temperatūru. Tad sasildīts ķermenis tiek nolaists ūdenī, lai aprēķinātu šķidruma temperatūras izmaiņas pēc līdzsvara noteikšanas.
Palielinot vai samazinot t vidi, nosakietcik daudz siltuma vajadzētu tērēt ķermeņa sildīšanai. Kalorimetrs ir vienkāršākā ierīce, ar kuru var reģistrēt temperatūras izmaiņas.
Izmantojot kalorimetru, jūs varat arī aprēķinātkāds siltuma daudzums izdalīsies vielu sadedzināšanas laikā. Šim nolūkam trauku, kas piepildīts ar ūdeni, ievieto "bumbu". Šī "bumba" ir slēgts trauks, kurā atrodas pārbaudāmā viela. Tam ir pievienoti speciāli elektrodi dedzināšanai, un kamera ir piepildīta ar skābekli. Pēc pilnīgas vielas sadedzināšanas reģistrē ūdens temperatūras izmaiņas.
Šādu eksperimentu laikā tika konstatēts, kasiltumenerģijas avoti ir ķīmiskās un kodolreakcijas. Kodolreakcijas notiek dziļos Zemes slāņos, veidojot galveno siltuma padevi visai planētai. Cilvēki tos izmanto arī enerģijas radīšanai kodolsintēzes laikā.
Ķīmisko reakciju piemēri ir sadegšanacilvēka polimēru sadalīšanās monomeros cilvēka gremošanas sistēmā. Ķīmisko saišu kvalitāte un daudzums molekulā nosaka, cik daudz siltuma galu galā izdalās.
Kā mēra siltumu?
Siltuma mērvienība starptautiskajā mērogāSI sistēma ir džoule (J). Arī ikdienā tiek izmantotas nesistēmiskas vienības - kalorijas. 1 kalorija ir vienāda ar 4,1868 J saskaņā ar starptautisko standartu un 4,184 J, pamatojoties uz termoķīmiju. Iepriekš bija Lielbritānijas siltuma vienība BTU, kuru zinātnieki reti izmanto. 1 BTU = 1,055 J
