3. Ջերմաքանակ: Տեսակարար ջերմունակություն: Ջերմաքանակի հաշվում

ՋԵՐՄԱՔԱՆԱԿ

Այն էներգիան, որը մարմինը ստանում կամ տալիս է ջերմափոխանակության ժամանակ, կոչվում է ջերմաքանակ:

Եթե ջերմափոխանակության ժամանակ մարմնի ներքին էներգիան աճում է, այսինքն՝ մարմինը տաքանում է, ապա ասում են, որ այն շրջապատից ջերմաքանակ է ստանում: Հակառակ դեպքում, երբ ներքին էներգիան նվազում է, այսինքն՝ մարմինը սառչում է, ապա ասում են, որ այն շրջապատին ջերմաքանակ է տալիս:

Ուշադրություն

Ջերմաքանակը սովորաբար նշանակում են \(Q\) (կարդացվում է՝ քյու) տառով: Ընդունված է մարմնի ստացած ջերմաքանակը համարել դրական, իսկ տվածը՝ բացասական մեծություն:

Քանի որ սահմանման համաձայն, ջերմաքանակը էներգիա է, որը մարմինը տալիս կամ ստանում է ջերմափոխանակության ժամանակ, ապա բնական է այն արտահայտել նույն միավորով, ինչ էներգիան է: Ուրեմն Միավորների միջազգային համակարգում ջերմաքանակի միավորը \(1\) Ջ-ն է:

Գործնականում հաճախ օգտվում են նաև կիլոջոուլ (կՋ) և մեգաջուլ (ՄՋ) միավորներից:

1 կՋ \(= 1000\) Ջ \(= 10³\)Ջ, \(1\) ՄՋ \(= 1000000\) Ջ

Տեսակարար ջերմունակություն

Ջերմաքանակը, որը մարմինը ստանում է տաքանալիս կամ տալիս է սառչելիս, կախված է մի շարք գործոններից: Հասկանալի է, որ ինչքան երկար ժամանակ է տաքանում ջուրը, այնքան ավելի շատ ջերմաքանակ է նա ստանում գազօջախից: Ուրեմն կարելի է եզրակացնել, որ առաջին գործոնը, որից կախված է մարմինը որոշակի չափով տաքացնելու համար անհրաժեշտ ջերմաքանակը, նրա զանգվածն է: Ընդ որում, որքան մեծ է մարմնի զանգվածը, այնքան շատ ջերմաքանակ է հարկավոր հաղորդել նրան՝ ջերմաստիճանը նույն չափով բարձրացնելու համար:

Սառը ջուրը տաքացնելիս սկզբում ստացվում է գոլ, ապա՝ տաք և հետո միայն՝ եռման ջուր:

Դրանից կարելի է եզրակացնել, որ

երկրորդ գործոնը, որից կախված է տվյալ զանգվածով մարմինը տաքացնելու համար անհրաժեշտ ջերմաքանակը՝ նրա ջերմաստիճանի փոփոխությունն է: Ընդ որում, որքան շատ պետք է տաքացնել մարմինը, այնքան շատ ջերմաքանակ պետք է հաղորդել նրան:

Միաժամանակ գազօջախին դրված նույն քանակի կաթը շուտ կեռա, թե՞ ջուրը (նկ. 2): Դիտումները ցույց են տալիս, որ կաթն ավելի շուտ է տաքանում: Նշանակում է տարբեր նյութերից կազմված նույն զանգվածով մարմինները նույնքան տաքացնելու համար տարբեր ջերմաքանակներ են պահանջվում:

Հետևաբար,

երրորդ գործոնը, որից կախված է մարմինը որոշակի չափով տաքացնելու համար անհրաժեշտ ջերմաքանակը, նրա նյութի տեսակն է:

Մարմնի տաքացման համար անհրաժեշտ ջերմաքանակը կախված է նրա զանգվածից, ջերմաստիճանի փոփոխությունից և նյութի տեսակից:

Երբ մարմնի ջերմաստիճանն իջնում է, ինքն է ջերմաքանակ տալիս շրջապատին: Բնականաբար, հովանալիս մարմնի տված ջերմաքանակը կախված է նույն գործոններից, ինչ որ տաքանալիս ստացած ջերմաքանակը: Իսկ թե ինչպե՞ս է ջերմաքանակը կախված նշված գործոններից՝ ցույց է տալիս փորձը:

Օրինակ

Փորձը ցույց է տալիս, որ \(1\) կգ զանգվածով ջուրը \(1\)°-ով տաքացնելու համար պահանջվում է \(4200\) Ջ ջերմաքանակ՝ իսկ նույն՝ \(1\) կգ զանգվածով պղինձը դարձյալ \(1°\)-ով տաքացնելու համար՝ \(400\) Ջ:

Նշանակում է \(1\) կգ զանգվածով տարբեր նյութերը \(1\)°-ով տաքացնելու համար պահանջվում են տարբեր ջերմաքանակներ:

Այն ֆիզիկական մեծությունը, որը ցույց է տալիս, թե որքան ջերմաքանակ է անհրաժեշտ նյութի \(1\) կգ-ը \(1\)°-ով տաքացնելու համար, կոչվում է այդ նյութի տեսակարար ջերմունակություն:

Ուշադրություն

Յուրաքանչյուր նյութ իր տեսակարար ջերմունակությունն ունի: Դրանք որոշված են փորձերի միջոցով և կազմված են համապատասխան աղյուսակներ: Անհրաժեշտության դեպքում ձեզ հետաքրքրող նյութի տեսակարար ջերմունակությունը կարող եք վերցնել այդ աղյուսակներից, որոնք կարող եք գտնել դասագրքում, խնդրագրքերում, համացանցում և այլն:

Նյութի տեսակարար ջերմունակությունը սովորաբար նշանակում են լատինական \(c\) տառով:

Նյութի տեսակարար ջերմունակության միավորը ՄՀ-ում չափվում է ջոուլը բաժանած կիլոգրամ անգամ աստիճանով (\(1\) Ջ/(կգ °C)): Օրինակ՝ կապարի տեսակարար ջերմունակությունը հավասար է \(140\ \)Ջ/(կգ·°C): Այս թիվը ցույց է տալիս, որ \(1\) կգ կապարը \(1\)°C-ով տաքանալիս կլանում, իսկ սառչելիս անջատում է \(140\) Ջ ջերմաքանակ:

Աղյուսակներից երևում է, որ ագրեգատային տարբեր վիճակներում (պինդ, հեղուկ, գազային) միևնույն նյութի տեսակարար ջերմունակությունը տարբեր է: Օրինակ՝ ջրի տեսակարար ջերմունակությունը \(4200\) Ջ/(կգ·C) է, իսկ սառույցինը՝ \(2100\) Ջ/(կգ·°C):

Մարմնի տաքացման համար անհրաժեշտ և դրա հովացման դեպքում անջատվող ջերմաքանակի հաշվում

Ջերմաքանակը հաշվելու համար պետք է իմանալ այն նյութի տեսակարար ջերմունակությունը, որից պատրաստված է մարմինը, այդ մարմնի զանգվածը և սկզբնական (

t_{1}

) ու վերջնական (

t_{2}

) ջերմաստիճանների տարբերությունը:

Մարմինը տաքացնելու համար անհրաժեշտ կամ հովանալիս դրանից անջատվող \(Q\) ջերմաքանակը հաշվելու համար պետք է նյութի c տեսակարար ջերմունակությունը բազմապատկել մարմնի \(m\) զանգվածով և դրա

t_{2}

ու

t_{1}

վերջնական ու սկզբնական ջերմաստիճանների տարբերությամբ:

Q = cm (t_{2} {}^{0}C - t_{1} {}^{0}C)

Ուշադրություն

Բազմաթիվ փորձերի արդյունքում ստացված այս բանաձևը վկայում է, որ մարմինը տաքանալիս մարմնի ստացած կամ հովանալիս նրա տված ջերմաքանակը ուղիղ համեմատական է մարմնի զանգվածի և վերջնական ու սկզբնական ջերմաստիճանների տարբերությանը: Համեմատականության \(c\) գործակիցը մարմնի ջերմային հատկությունները բնութագրող տեսակարար ջերմունակությունն է:

Եթե

t_{2}

\( >\)

t_{1}

, ապա \(Q\)\(>\)\(0\), այսինքն՝ տաքանալիս մարմինը ստանում է ջերմաքանակ: Հակառակ դեպքում,

t_{2}

\(<\)

t_{1}

, ապա \(Q\ \)\(<\)\(0\), այսինքն՝ սառչելիս մարմինը շրջապատին ջերմաքանակ է տալիս:

Ներքին էներգիայի պահպանման օրենքը

Մի անգամ ևս անդրադառնանք ներքին էներգիայի փոփոխման եղանակներին: Ինչպես առանձին վերցրած մարմնի, այնպես էլ մարմինների համակարգի ներքին էներգիան կարող է փոփոխվել երկու պատճառով՝ աշխատանք կատարելու և ջերմափոխանակության:

Պատկերացնենք մի համակարգ, որի վրա արտաքին ազդեցություններ չկան (կամ դրանք համակշռված են), և որը ջերմամեկուսացված է շրջապատից: Վերջինս նշանակում է, որ համակարգի մարմինների և դրա կազմի մեջ չմտնող այլ մարմինների միջև ջերմափոխանակություն տեղի չի ունենում: Այդպիսի համակարգերը կոչվում են

փակ կամ մեկուսացված:

Ուշադրություն

Մեկուսացված համակարգի սահմանումից բխում է, որ բացակայում են նրա ներքին էներգիայի փոփոխման բոլոր պատճառները: Ուրեմն, ինչ կարելի է ասել այդ համակարգի ներքին էներգիայի մասին: Միակ եզրակացությունն այն է, որ այդ համակարգի ներքին էներգիան երբեք չի փոխվում, այսինքն՝ պահպանվում է:

Մեկուսացած համակարգում ընթացող կամայական պրոցեսների դեպքում նրա ներքին էներգիան պահպանվում է:

Սա ներքին էներգիայի պահպանման օրենքն է: Մեկուսացած համակարգի ներքին էներգիայի պահպանումը նշանակում է այդ համակարգը կազմող մասնիկների հավերժական ջերմային շարժում:

Ջերմային հաշվեկշռի հավասարումը

Ներքին էներգիայի պահպանման օրենքը կիրառենք տարբեր ջերմաստիճաններ ունեցող երկու մարմնից բաղկացած փակ համակարգի համար: Այս մարմինների հպման դեպքում նրանց միջև ջերմափոխանակություն կսկսվի: Ջերմափոխանակության ընթացքում ավելի տաք մարմինը կտա իր էներգիայի մի մասը, իսկ ավելի սառը մարմինը կստանա այն: Պրոցեսը կշարունակվի այնքան ժամանակ, մինչև դրանց ջերմաստիճանները հավասարվեն: Քանի որ այդ մարմինների գումարային ներքին էներգիան պահպանվում է, ապա որքան նվազում է մարմիններից մեկի ներքին էներգիան, նույնքան աճում է մյուս մարմնի ներքին էներգիան: Նշանակում է, որ համակարգի մարմինների տված և ստացած ջերմաքանակների գումարը հավասար է զրոյի: Եթե մարմինների տված և ստացած ջերմաքանակները նշանակենք \(Q1\) և \(Q2,\) ապա \(Q1\)\(+\)\(Q2\)\(=\)\(0 \) , այս հավասարումը հայտնի է որպես ջերմային հաշվեկշռի հավասարում:

Կալորաչափ

Կալորաչափը բաղկացած է երկու անոթից, որոնք բաժանված են օդային միջանցքով (նկ.3): Անոթի ներսի հատակը արտաքին հատակից առանձնացված է հատուկ հենարաններով: Իհարկե, այսպիսի անոթը չի կարող լիովին խոչընդոտել անոթի պարունակության և շրջապատող միջավայրի միջև ջերմափոխանակության իրականացմանը, սակայն նվազեցնել այն կարող է: Եթե փորձը հնարավորինս արագ կատարվի, ապա կարելի է հասնել նրան, որ շրջապատող միջավայրի (և կալորաչափի պատերի) հետ ջերմափոխանակության ընթացքում կորցրած ջերմաքանակն աննշան կլինի:

Աղբյուրները

Ս. Վ. Գրոմով , Ն. Ա. Ռոդինա, Ֆիզիկա-8, հանրակրթական դպրոցի դասագիրք ( I, II, III և V գլուխների հեղինակ Ա. Մամյան); Երևան, Անտարես -2014 թ.

Նախորդ տեսություն

Վերադառնալ թեմային

Հաջորդ առաջադրանքը

Գրեք մեզ

Սխա՞լ ես գտել

Տեղեկացրու մեզ

3. Ջերմաքանակ: Տեսակարար ջերմունակություն: Ջերմաքանակի հաշվում

Տեսություն