Ինչպես որոշել ջրի հատուկ ջերմային հզորությունը: Նավթի և գազի մեծ հանրագիտարան

ԳՈՐԾԻՔՆԵՐ ԵՎ ՊԱՐԱԳԱՆԵՐ՝ կալորիմետր, ջերմաչափ, կշեռք, փորձարկման մարմիններ, բաժակ (գրամներով տրամաչափված), էլեկտրական տաքացուցիչ։

– փորձնականորեն հաստատել ջերմային հաշվեկշռի հավասարման վավերականությունը.

- հաշվարկել պինդ մարմինների հատուկ ջերմային հզորությունները.

- չափումների և հաշվարկների արդյունքները կազմակերպել աղյուսակի տեսքով.

– գրեք ձեր առաջարկները այս աշխատանքում չափումների և հաշվարկների տեխնիկայի կատարելագործման համար:

ՓՈՐՁԻ ՀԱՄԱՌՈՏ ՏԵՍՈՒԹՅՈՒՆ

Թերմոդինամիկայի հիմնական ֆիզիկական հասկացություններից մեկը ջերմային հզորությունն է:

Մարմնի ջերմային հզորությունըկանչեց ֆիզիկական քանակություն, թվային հավասար է ջերմությանը, որը պետք է հաղորդվի մարմնին՝ դիտարկվող թերմոդինամիկական գործընթացում նրա ջերմաստիճանը 1 Կ-ով փոխելու համար։ Մյուս կողմից, մարմնի ջերմային հզորությունը հավասար է մարմնին փոխանցվող dQ ջերմության հարաբերակցությանը մարմնի ջերմաստիճանի dT փոփոխությանը դիտարկվող թերմոդինամիկական գործընթացում.

Մարմնի ջերմունակությունը կախված է նրանից քիմիական բաղադրությունը, մարմնի զանգվածը և նրա թերմոդինամիկ վիճակը, ինչպես նաև, ինչպես երևում է սահմանումից, մարմնի վիճակի փոփոխման գործընթացի տեսակի վրա, որի մեջ մտնում է dQ ջերմությունը։

Ջերմային հատկություններմիատարր մարմինները բնութագրվում են հատուկ և մոլային (մոլային) ջերմային հզորության արժեքներով: Նյութի հատուկ ջերմային հզորությունըկոչվում է ֆիզիկական մեծություն Հետ, թվային առումով հավասար է ջերմությանը, որը պետք է հաղորդվի նյութի մեկ կիլոգրամին, որպեսզի այն փոխի նրա ջերմաստիճանը 1 Կ-ով դիտարկվող թերմոդինամիկական գործընթացում։ Միատարր մարմնի ջերմային հզորությունը կարելի է սահմանել որպես մարմնի զանգվածի արտադրյալ մհատուկ ջերմային հզորության համար Հետդրա նյութերը.

կամ (2.2):

Այսպիսով, միատարր մարմնի համար dQ-ի և dT-ի հարաբերությունն ունի հետևյալ ձևը.

մոլային ջերմային հզորություն C ֆիզիկական մեծությունը կոչվում է, որը թվայինորեն հավասար է ջերմությանը, որը պետք է հաղորդվի նյութի մեկ մոլին՝ դիտարկվող թերմոդինամիկական գործընթացում նրա ջերմաստիճանը 1 Կ-ով փոխելու համար.

ԻՑ = MS = (2.4),

որտեղ M-ը նյութի մոլային զանգվածն է. ԻՑնույն գործընթացում նրա հատուկ ջերմային հզորությունն է:

Արտահայտությունը (2.4) այժմ կարելի է գրել հետևյալ ձևով.

որտեղ = n-ը նյութի քանակն է:

Մարմնի ջերմունակության չափման միավորը 1 Ջ/Կ է, հատուկ ջերմություն– 1 ճ/կգ. Կ, մոլար - 1 Ջ / մոլ: TO.

Եթե ​​տաքացումը տեղի է ունենում այնպիսի պայմաններում, երբ ծավալը մնում է հաստատուն, ապա կոչվում է համապատասխան մոլային ջերմային հզորություն ջերմային հզորություն մշտական ​​ծավալով, կամ isochoric ջերմային հզորություն, և նշվում է C v:

Եթե ​​տաքացման ժամանակ ճնշումը մնում է անփոփոխ, ապա կոչվում է ջերմային հզորություն ջերմային հզորություն մշտական ​​ճնշման տակ C p (այն կարելի է անվանել նաև իզոբար ջերմային հզորություն).

Նկատի ունեցեք, որ պինդ մարմինների համար ուղղակի չափման համար հասանելի է միայն ջերմային հզորությունը մշտական ​​ճնշման, և ոչ հաստատուն ծավալի դեպքում, քանի որ ջերմային ընդլայնման պատճառով անհնար է ապահովել մարմնի ծավալի կայունությունը: Սակայն ջեռուցման ընթացքում ծավալի փոփոխության փոքրության պատճառով C p և C v ջերմային հզորությունների տարբերությունը փոքր է:

Փորձնականորեն մարմնի ջերմունակությունը որոշվում է ջերմային հաշվեկշռի հավասարման կիրառմամբ։ Թող մարմինը տաքացվի ջերմաստիճանից բարձր ջերմաստիճանի միջավայրը. Այնուհետեւ, սառչելով, մարմինը որոշակի քանակությամբ ջերմություն է տալիս: Փակ համակարգում էներգիայի պահպանման օրենքի համաձայն՝ միջավայրի ստացած ջերմության քանակը պետք է ճիշտ հավասար լինի մարմնի կողմից արտանետվող ջերմության քանակին։ Այս աշխատանքում, սառչելով, փորձարկման մարմինը ջերմություն է հաղորդում կալորիմետրի ջրին և հենց կալորիմետրին:

Թող տրված փորձնական մարմինը զանգվածով մ, տաքացվում է մինչև ջերմաստիճանի t0, ջրի հետ իջեցվում է կալորիմետրի մեջ, որի ջերմաստիճանը t1. Ջերմության փոխանցման արդյունքում ջրի ջերմաստիճանըև կալորիմետրը բարձրանում է մինչև t2, ա Մարմնի ջերմաստիճանընկնում է t2. Մարմնի կողմից արտանետվող ջերմության քանակը հետևյալն է.

Q dep = սմ(t0 - t2) (2.6),

որտեղ c-ն փորձարկման մարմնի հատուկ ջերմային հզորությունն է,

t0- մարմնի սկզբնական ջերմաստիճանը,

t2- մարմնի վերջնական ջերմաստիճանը,

մ- մարմնի զանգված.

Կալորիմետրի և ջրի ստացած ջերմության քանակը հավասար է.

որտեղ և են կալորիմետրի զանգվածը և տեսակարար ջերմությունը,

I - զանգվածային և կոնկրետ ջրի ջերմային հզորությունը,

t1- ջրի սկզբնական ջերմաստիճանը,

t2ջրի վերջնական ջերմաստիճանն է:

Փակ համակարգում էներգիայի պահպանման օրենքի համաձայն.

Q otd \u003d Q հարկ (2.8):

Այնուհետև 2.6 և 2.7 բանաձևերը փոխարինելով 2.8 հավասարմամբ և արտահայտելով ցանկալի արժեքը ԻՑ , ստանում ենք.

(2.9).

ՈՐՈՇԵՔ ՏԱՐԲԵՐ ՄԵՏԱՂՆԵՐԻՑ ԵՐԵՔ ԳԼԱՆԱԿԱՆ ՄԱՐՄԻՆՆԵՐԻ ՀԱՏՈՒԿ ջերմային հզորությունները.

1. Որոշեք մարմինների զանգվածների արժեքները. m i, կալորիմետրի զանգված – , ջրի տեսակարար ջերմություն – , կալորիմետրի տեսակարար ջերմություն – .

2. Կալորիմետրի մեջ լցնել չափված քանակությամբ սառը ջուր սենյակային ջերմաստիճանում (մոտ 150 գ):

3. Չափել սառը ջրի սկզբնական ջերմաստիճանը t 1:

4. Ջուրը տարայի մեջ տաքացրեք եռման աստիճանի։

5. Փորձարկման մարմիններից մեկը մի քիչ դրեք եռման ջրի մեջ։ Վերցրեք տաքացված մարմնի ջերմաստիճանը t 0 հավասար է ջերմաստիճանինեռացող ջուր նորմալ պայմաններում - 100 ° C:

6. Ջեռուցված մարմինը կալորիմետրի մեջ դնել ջրով։ Սպասեք ջերմության փոխանցման ավարտին և վերջնական ջերմաստիճանը չափեք կալորիմետրով - t 2:

8. Նույն կերպ որոշեք մյուս երկու մարմինների տեսակարար ջերմային հզորությունները:

9. Չափումների եւ հաշվարկների արդյունքները գրանցեք աղյուսակ 3-ում:

10. Հատուկ ջերմային հզորությունների արժեքների հիման վրա որոշեք այն նյութերը, որոնցից պատրաստված են մարմինները:

12. Չափելով մարմինների գծային չափերը՝ որոշե՛ք դրանց խտությունը։

13. Հաշվեք սխալները և գրանցեք արդյունքը ԳՕՍՏ-ի համաձայն:

14. Եզրակացությունները գրե՛ք լաբորատոր աշխատանքի վերաբերյալ:

Աղյուսակ 3

Թիվ p / p	M», կգ	M», կգ	մ, կգ	C», J / կգ: Կ	C», J / կգ: Կ	t 0, 0 C	t 1, 0 C	t 2, 0 C	C, J / կգ: Դեպի

Էջ 2

Ըստ Սայքսի տեսակարար ջերմության որոշման ճշգրտությունը շատ բարձր է։ Այնուամենայնիվ, այս մեթոդը կապված է ավելի մեծ փորձարարական դժվարությունների հետ, քան Սմիթի մեթոդը, ինչպես նաև ճշգրիտ արդյունքներ է տալիս միայն ջեռուցման կորերի համար, թեև այն կարող է օգտագործվել նաև հովացման կորեր ստանալու համար: Սմիթի մեթոդը հեշտացնում է նեղ ջերմաստիճանի միջակայքերը ուսումնասիրելը, բայց հավանաբար ավելի քիչ ճշգրիտ է:

Հետևաբար, նյութի հատուկ ջերմային հզորությունը sg որոշելու համար անհրաժեշտ է չափել մարմնի վրա ազդող արտաքին ուժերի կողմից կատարվող աշխատանքը և չափել մարմնի ջերմաստիճանի փոփոխությունը, որը դիտվում է աշխատանքի բացակայության դեպքում: ջերմափոխանակություն այլ մարմինների հետ:

Հատուկ ջերմային հզորության որոշման ամենատարածված մեթոդը. կոչվում է խառնում: Կալորիմետրը (Ռեգնո) բաղկացած է կարմիր պղնձից պատրաստված անոթից, որը դրված է մեկ այլ պղնձե անոթի հատակին փայտե ոտքերի վրա, որից այն բաժանված է օդի շերտով, որի ջերմահաղորդականությունն ու ջերմային հզորությունը միավորի ծավալի համար կազմում են. աննշան. Առաջին անոթը լցված է ջրով։

Այժմ դիտարկենք գազային խառնուրդի հատուկ ջերմային հզորության որոշման մեթոդները:

Սու հատուկ ջերմային հզորության ուղղակի (ուղղակի) որոշումը և դրա փոփոխության ընթացքի ուսումնասիրությունը՝ կախված ջերմաստիճանից և կոնկրետ ծավալից, մեկն է. արդյունավետ միջոցներնյութերի կրիտիկական վիճակի ուսումնասիրություն. Ուստի ջերմային հզորության փորձարարական որոշումները մեծ տեսական և գործնական հետաքրքրություն են ներկայացնում կրիտիկական երևույթների ուսումնասիրության մեջ։

Ո՞րն է լուծույթների տեսակարար ջերմունակությունը որոշելու բանաձևը:

Փորձարկումներ անցկացնելիս՝ խառնելով հատուկ ջերմությունը որոշելու համար, անհրաժեշտ է փորձանմուշը տաքացնել մինչև ճշգրիտ ֆիքսված ջերմաստիճան: Դրա համար օգտագործվում են շարժական տաքացուցիչներ, որոնք կարճ ժամանակով տեղադրվում են կալորիմետրից վեր՝ անհրաժեշտ տաքացվող նմուշը կալորիմետրին արագ փոխանցելու համար։

Սարքի դիագրամ.

Հատուկ ջերմության որոշման ամենապարզ բացարձակ անշարժ մեթոդի էությունը հետևյալն է. h հաստությամբ և 5 հատ հատման մակերեսով փորձանմուշի նմուշը տեղադրվում է ջեռուցիչի և հովացուցիչի միջև։ Ջեռուցիչը կարող է լինել անոթ հետ տաք ջուրկամ էլեկտրական ջեռուցման տարր, որպեսզի դրա հզորությունը հնարավոր լինի կարգավորել ըստ ցանկության՝ փոխելով լարումը: Հովացուցիչը սնամեջ մետաղական մարմին է, որի միջով անցնում են սառը ջուր։ Նմուշի ջեռուցվող և սառեցված մակերեսների ջերմաստիճանները (tj և, համապատասխանաբար, / 2) չափվում են ջերմազույգերով:

Ստորև բերված է ավազաքարի նմուշի հատուկ ջերմային հզորությունը որոշելիս փորձարարական տվյալների մշակման օրինակ: Ուսումնասիրված ապարների նմուշի փոշով լցված խոռոչ գլան տաքացրին մինչև 40 C և սառեցրին անշարժ օդի խցիկում մինչև 18-20 C ջերմաստիճան:

Նկ. 3-6-ը ցույց է տալիս նոմոգրամներ՝ հեղուկ առանձին ածխաջրածինների և նավթային խառնուրդների, ինչպես նաև մեթանոլի և էթանոլի ջրային լուծույթների տեսակարար ջերմային հզորությունը որոշելու համար:

Օրինակ, կազմենք ջերմային հաշվեկշռի հավասարում, որն օգտագործվում է կալորիմետրի միջոցով որոշելու նյութի տեսակարար ջերմային հզորությունը։ Մոտավորապես կարելի է համարել, որ այս դեպքում ջերմափոխանակությանը մասնակցում է երեք մարմին՝ կալորիմետր, հեղուկ և մարմին, որոնց նյութի տեսակարար ջերմությունը որոշվում է։

6.4. Ջերմության փոխանցում մարմինների միջև

6.4.1. Մարմնի ջերմունակությունը, սպեցիֆիկ նյութի ջերմունակությունը, նյութի մոլային ջերմունակությունը

Մարմնի ջերմաստիճանը բարձրացնելու համար անհրաժեշտ է որոշակի քանակությամբ ջերմություն հաղորդել:

Տրված նյութի 1 կգ-ը 1 Կ-ին կոչվում է հատուկ ջերմություննյութերև հաշվարկվում է բանաձևով

c հարվածներ = Q m Δ T,

որտեղ Q-ը ջերմության քանակն է, որն անհրաժեշտ է նյութի որոշակի զանգված տաքացնելու համար. m-ը նյութի զանգվածն է. ΔT-ն նյութի ջերմաստիճանի փոփոխությունն է, երբ տաքացվում է:

Միավորների միջազգային համակարգում նյութի տեսակարար ջերմային հզորությունը չափվում է ջոուլներով՝ բաժանված կիլոգրամ-կելվինով (1 Ջ/(կգ ⋅ Կ))։

Ջեռուցման համար պահանջվող ջերմության քանակը նյութի որոշակի զանգված, որոշվում է արտադրանքով

Q = c ծեծում m ∆T .

Տրված մարմինը 1 Կ-ով բարձրացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակը կոչվում է մարմնի ջերմային հզորությունըև հաշվարկվում է բանաձևով

C = QΔT,

որտեղ Q-ը տվյալ մարմնի տաքացման համար պահանջվող ջերմության քանակն է. ΔT - մարմնի ջերմաստիճանի փոփոխություն, երբ ջեռուցվում է:

Միավորների միջազգային համակարգում մարմնի ջերմային հզորությունը չափվում է ջոուլներով՝ բաժանված կելվինով (1 J/K):

Որոշակի մարմին տաքացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակը որոշվում է արտադրանքով

Q=CΔT,

որտեղ C-ն մարմնի ջերմունակությունն է:

Մարմնի ջերմունակությունը և նյութի ջերմունակությունը, որից կազմված է մարմինը, փոխկապակցվածարտահայտություն

C \u003d mc beats,

որտեղ C-ն մարմնի ջերմային հզորությունն է. մ - մարմնի քաշը; c բաբախյունը նյութի հատուկ ջերմային հզորությունն է, որից կազմված է այս մարմինը։

Տրված նյութի 1 մոլի ջերմաստիճանը 1 Կ-ով բարձրացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակը կոչվում է նյութի մոլային ջերմունակությունըև հաշվարկվում է բանաձևով

c μ = Q ν Δ T,

որտեղ Q-ը նյութի որոշակի քանակություն տաքացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակն է. ν-ը նյութի քանակն է. ΔT-ն նյութի նշված քանակի ջերմաստիճանի փոփոխությունն է, երբ տաքացվում է:

Միավորների միջազգային համակարգում նյութի մոլային ջերմային հզորությունը չափվում է ջոուլներով մեկ մոլ-կելվինի համար (1 Ջ/(մոլ ⋅ Կ))։

Ջեռուցման համար պահանջվող ջերմության քանակը որոշ քանակությամբ նյութ, որոշվում է արտադրանքով

Q = c µ νΔT.

Նյութի մոլային և հատուկ ջերմային հզորությունները փոխկապակցվածարտահայտություն

c µ = Ms ծեծում,

որտեղ c µ-ը նյութի մոլային ջերմային հզորությունն է. M-ը նյութի մոլային զանգվածն է. c sp - նյութի հատուկ ջերմային հզորություն:

Օրինակ 14 Երկաթե և կապարի գնդիկներն ունեն նույն տրամագիծը: Քանի՞ անգամ է երկաթե գնդակի ջերմունակությունը կապարե գնդակի ջերմունակությունից: Երկաթի և կապարի տեսակարար ջերմային հզորությունները կազմում են 0,46 և 0,13 կՋ / (կգ ⋅ Կ), իսկ խտությունները՝ համապատասխանաբար 7,80 և 11,5 գ/սմ 3։

Լուծում. Գնդիկների ջերմային հզորությունները որոշվում են հետևյալ բանաձևերով.

• երկաթե գնդակ -

C 1 \u003d m 1 c ud1,

որտեղ m 1-ը երկաթե գնդակի զանգվածն է. c ud1 - երկաթի հատուկ ջերմային հզորություն;

• առաջատար գնդակ -

C 2 \u003d m 2 c beat2,

որտեղ m 2-ը առաջատար գնդակի զանգվածն է. c sp2 - կապարի հատուկ ջերմային հզորություն:

Ցանկալի հարաբերակցությունը ջերմային հզորություններն են.

C 1 C 2 \u003d m 1 c beat 1 m 2 c beat 2,

որը որոշվում է երկաթի և կապարի գնդերի զանգվածների և երկաթի և կապարի հատուկ ջերմային հզորությունների հարաբերակցությամբ։

Գնդիկների զանգվածը որոշվում է դրանց չափով և խտությամբ.

• երկաթե գնդակ -

m 1 \u003d ρ 1 V 1,

որտեղ ρ 1-ը երկաթի խտությունն է. V 1 - երկաթե գնդակի ծավալը;

• առաջատար գնդակ -

m 2 \u003d ρ 2 V 2,

որտեղ ρ 2 - կապարի խտությունը; V 2 - կապարի գնդակի ծավալը:

Գնդակներն ունեն նույն տրամագիծը, ուստի դրանց ծավալները նույնն են.

V 1 \u003d V 2 \u003d V \u003d π d 2 6,

որտեղ d են երկաթի և կապարի գնդերի տրամագիծը:

Հաշվի առնելով վերջին հանգամանքը՝ զանգվածային հարաբերակցությունը հավասար է.

m 1 m 2 = ρ 1 V 1 ρ 2 V 2 = ρ 1 ρ 2:

Փոխարինենք մ 1 / մ 2 երկաթի և կապարի գնդերի ջերմային հզորությունների հարաբերակցության բանաձևում.

C 1 C 2 \u003d ρ 1 c sp 1 ρ 2 c sp 2.

Եկեք կատարենք հաշվարկը.

C 1 C 2 = 7,80 ⋅ 10 3 ⋅ 0,46 ⋅ 10 3 11,5 ⋅ 10 3 ⋅ 0,13 ⋅ 10 3 = 2,4։

Երկաթե գնդակի ջերմունակությունը 2,4 անգամ ավելի է, քան կապարե գնդակը:

Օրինակ 15. Խառնուրդ պատրաստելիս բունկերի մեջ լցրել են որոշակի զանգված ավազ և քառապատիկ ցեմենտի զանգված: Ցեմենտի և ավազի տեսակարար ջերմային հզորությունները համապատասխանաբար 810 և 960 Ջ/(կգ ⋅ Կ) են։ Որոշեք խառնուրդի հատուկ ջերմային հզորությունը:

Լուծում. Խառնուրդի հատուկ ջերմային հզորությունը որոշվում է բանաձևով

c հարվածներ = Q m Δ T,

որտեղ Q-ը ջերմության քանակն է, որն անհրաժեշտ է խառնուրդի ջերմաստիճանը ΔT-ով բարձրացնելու համար. m-ը խառնուրդի զանգվածն է։

Խառնուրդը տաքացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակը, -

Q \u003d Q 1 + Q 2,

որտեղ Q 1 - խառնուրդի մաս կազմող ավազը տաքացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակը ΔT-ով. Q 2 - ջերմության քանակությունը, որը պահանջվում է ցեմենտի տաքացման համար, որը խառնուրդի մաս է, ΔT-ով:

Ջեռուցման համար պահանջվող ջերմության քանակը.

• ավազ -

Q 1 \u003d c ud1 m 1 ∆T,

որտեղ c ud1 - ավազի հատուկ ջերմային հզորություն; մ 1 - ավազի զանգված;

• ցեմենտ -

Q 2 \u003d c ud2 m 2 ∆T,

որտեղ c ud2 - ցեմենտի հատուկ ջերմային հզորություն; մ 2-ը ցեմենտի զանգվածն է:

Ավազի և ցեմենտի խառնուրդը տաքացնելու համար պահանջվող ջերմության քանակը որոշվում է արտահայտությամբ

Q \u003d գ ծեծել 1 մ 1 Δ T + c ծեծել 2 մ 2 Δ T \u003d (գ ծեծել 1 մ 1 + գ ծեծել 2 մ 2) Δ T.

Խառնուրդի զանգվածը ավազի և ցեմենտի զանգվածների գումարն է.

m \u003d m 1 + m 2:

Ստացված արտահայտությունները փոխարինենք խառնուրդի ջերմության և զանգվածի քանակով խառնուրդի հատուկ ջերմային հզորության բանաձևով.

c դիպչում \u003d (c դիպչում է 1 մ 1 + գ ծեծում 2 մ 2) Δ T (մ 1 + մ 2) Δ T \u003d c ծեծում 1 մ 1 + c ծեծում 2 մ 2 մ 1 + մ 2:

Ստացված արտահայտությունը կվերափոխենք՝ հաշվի առնելով զանգվածի հարաբերակցությունը.

մ 2 = 4 մ 1, այսինքն. c դիպչում \u003d գ դիպչում 1 մ 1 + 4 գ ծեծում 2 մ 1 մ 1 + 4 մ 1 \u003d գ ծեծում 1 + 4 գ հարվածում 2 5.

Հաշվարկը տալիս է արժեքը.

գ զարկեր = 960 + 4 ⋅ 810 5 = 840 Ջ/(կգ ⋅ Կ):

Հետևաբար, խառնուրդի տեսակարար ջերմային հզորությունը 840 Ջ/(կգ ⋅ Կ):