როგორ განვსაზღვროთ წყლის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა. ნავთობისა და გაზის დიდი ენციკლოპედია

ინსტრუმენტები და აქსესუარები: კალორიმეტრი, თერმომეტრი, სასწორი, საცდელი სხეულები, ჭიქა (გრამებში დაკალიბრებული), ელექტრო გამაცხელებელი.

– ექსპერიმენტულად დაადასტურეთ სითბოს ბალანსის განტოლების მართებულობა;

- გამოთვალეთ მყარი ნივთიერებების სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე;

– გაზომვების და გამოთვლების შედეგების დალაგება ცხრილის სახით;

– ჩაწერეთ თქვენი წინადადებები ამ ნამუშევარში გაზომვებისა და გამოთვლების ტექნიკის გასაუმჯობესებლად.

გამოცდილების მოკლე თეორია

თერმოდინამიკის ერთ-ერთი ძირითადი ფიზიკური კონცეფცია არის სითბოს სიმძლავრე.

სხეულის სითბოს მოცულობადაურეკა ფიზიკური რაოდენობა, რიცხობრივად სითბოს ტოლი, რომელიც უნდა მიეწოდოს სხეულს, რათა შეცვალოს მისი ტემპერატურა 1 K-ით განხილულ თერმოდინამიკურ პროცესში. მეორეს მხრივ, სხეულის სითბოს სიმძლავრე უდრის სხეულზე გადაცემული სითბოს dQ თანაფარდობას სხეულის ტემპერატურის ცვლილებასთან dT განხილულ თერმოდინამიკურ პროცესში:

სხეულის სითბოს სიმძლავრე დამოკიდებულია მასზე ქიმიური შემადგენლობა, სხეულის მასა და მისი თერმოდინამიკური მდგომარეობა და ასევე, როგორც განმარტებიდან ჩანს, სხეულის მდგომარეობის შეცვლის პროცესის ტიპზე, რომელშიც შედის სითბო dQ.

თერმული თვისებებიერთგვაროვანი სხეულები ხასიათდება სპეციფიკური და მოლური (მოლარული) სითბოს სიმძლავრის მნიშვნელობებით. ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს მოცულობაფიზიკურ რაოდენობას უწოდებენ თან, რიცხობრივად უდრის სითბოს, რომელიც უნდა გადაეცეს ნივთიერების ერთ კილოგრამს, რათა შეიცვალოს მისი ტემპერატურა 1 K-ით განსახილველ თერმოდინამიკურ პროცესში. ერთგვაროვანი სხეულის სითბოს სიმძლავრე შეიძლება განისაზღვროს, როგორც სხეულის მასის პროდუქტი მსპეციფიკური სითბოს სიმძლავრისთვის თანმისი ნივთიერებები:

ან (2.2).

ამრიგად, dQ-სა და dT-ს შორის ურთიერთობა ერთგვაროვანი სხეულისთვის აქვს ფორმა:

მოლური სითბოს ტევადობაფიზიკური სიდიდე C ეწოდება, რიცხობრივად უდრის სითბოს, რომელიც უნდა გადაეცეს ნივთიერების ერთ მოლს, რათა შეიცვალოს მისი ტემპერატურა 1 K-ით განსახილველ თერმოდინამიკურ პროცესში:

FROM = ᲥᲐᲚᲑᲐᲢᲝᲜᲘ = (2.4),

სადაც M არის ნივთიერების მოლური მასა; FROMარის მისი სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე იმავე პროცესში.

გამოხატვა (2.4) ახლა შეიძლება დაიწეროს ფორმით:

სადაც = n არის ნივთიერების რაოდენობა.

სხეულის სითბოს სიმძლავრის საზომი ერთეულია 1 J/K, სპეციფიკური სითბო– 1 ჯ/კგ. K, მოლარი - 1 ჯ / მოლ. TO.

თუ გათბობა ხდება პირობებში, როდესაც მოცულობა რჩება მუდმივი, მაშინ შესაბამისი მოლური სითბოს სიმძლავრე ეწოდება სითბოს სიმძლავრე მუდმივი მოცულობით, ან იზოქორული სითბოს სიმძლავრე და აღინიშნება C v:

თუ წნევა გახურების დროს მუდმივი რჩება, მაშინ სითბოს სიმძლავრე ეწოდება სითბოს სიმძლავრე მუდმივი წნევის დროს C p (მას ასევე შეიძლება ეწოდოს იზობარული სითბოს სიმძლავრე):

გაითვალისწინეთ, რომ მყარი სხეულებისთვის პირდაპირი გაზომვისთვის ხელმისაწვდომია მხოლოდ სითბოს სიმძლავრე მუდმივი წნევით და არა მუდმივი მოცულობით, რადგან თერმული გაფართოების გამო შეუძლებელია სხეულის მოცულობის მუდმივობის უზრუნველყოფა. თუმცა, გაცხელებისას მოცულობის ცვლილების სიმცირის გამო, განსხვავება C p და Cv სითბოს სიმძლავრეებს შორის მცირეა.

ექსპერიმენტულად, სხეულის სითბოს სიმძლავრე განისაზღვრება სითბოს ბალანსის განტოლების გამოყენებით. დაე, სხეული გაცხელდეს ტემპერატურაზე მაღალ ტემპერატურამდე გარემო. შემდეგ, გაცივების შემდეგ, სხეული გამოყოფს სითბოს გარკვეულ რაოდენობას. დახურულ სისტემაში ენერგიის კონსერვაციის კანონის თანახმად, გარემოს მიერ მიღებული სითბოს რაოდენობა ზუსტად უნდა იყოს სხეულის მიერ გამოყოფილი სითბოს რაოდენობის ტოლი. ამ სამუშაოში, გაცივებისას, საცდელი სხეული ასხივებს სითბოს კალორიმეტრში არსებულ წყალს და თავად კალორიმეტრს.

მოდით მოცემული საცდელი სხეული მასით მ, თბება ტემპერატურამდე t0, ჩაედინება კალორიმეტრში წყლით, რომლის ტემპერატურაც t1. სითბოს გადაცემის შედეგად წყლის ტემპერატურადა კალორიმეტრი იზრდება t2, ა Სხეულის ტემპერატურაეცემა t2. სხეულის მიერ გამოყოფილი სითბოს რაოდენობაა:

Q სიღრმე = სმ(t0 - t2) (2.6),

სადაც c არის ტესტის სხეულის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა,

t0- სხეულის საწყისი ტემპერატურა,

t2- სხეულის ბოლო ტემპერატურა,

მ- სხეულის მასა.

კალორიმეტრით და წყლის მიერ მიღებული სითბოს რაოდენობა უდრის:

სად და არის კალორიმეტრის მასა და სპეციფიკური სითბო,

მე - მასობრივი და სპეციფიკური წყლის სითბოს მოცულობა,

t1- წყლის საწყისი ტემპერატურა,

t2არის წყლის საბოლოო ტემპერატურა.

დახურულ სისტემაში ენერგიის შენარჩუნების კანონის მიხედვით:

Q otd \u003d Q სართული (2.8).

შემდეგ, ჩაანაცვლეთ ფორმულები 2.6 და 2.7 2.8 განტოლებაში და გამოხატეთ სასურველი მნიშვნელობა FROM , ვიღებთ:

(2.9).

სამი ცილინდრული სხეულების სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრეების განსაზღვრა სხვადასხვა ლითონისგან

1. განსაზღვრეთ სხეულების მასების მნიშვნელობები - მ ი, კალორიმეტრის მასა – , წყლის სპეციფიკური სითბო – , კალორიმეტრის სპეციფიკური სიცხე – .

2. ჩაასხით კალორიმეტრში გაზომილი რაოდენობის ცივი წყალი ოთახის ტემპერატურაზე (დაახლოებით 150 გ).

3. გავზომოთ ცივი წყლის საწყისი ტემპერატურა t 1 .

4. ჭურჭელში წყალი გააცხელეთ ადუღებამდე.

5. ერთ-ერთი საცდელი სხეული ცოტა ხნით მდუღარე წყალში მოათავსეთ. მიიღეთ გახურებული სხეულის ტემპერატურა t 0 ტემპერატურის ტოლიმდუღარე წყალი ნორმალურ პირობებში - 100 ° C.

6. გახურებული სხეული მოათავსეთ კალორიმეტრში წყლით. დაელოდეთ სითბოს გადაცემის დასრულებას და გაზომეთ საბოლოო ტემპერატურა კალორიმეტრში - t 2 .

8. ანალოგიურად განსაზღვრეთ დანარჩენი ორი სხეულის სპეციფიკური სითბური შესაძლებლობები.

9. გაზომვების და გამოთვლების შედეგები ჩაწერეთ მე-3 ცხრილში.

10. სპეციფიკური სითბური სიმძლავრეების მნიშვნელობების საფუძველზე განსაზღვრეთ ნივთიერებები, საიდანაც მზადდება სხეულები.

12. სხეულების წრფივი ზომების გაზომვით, განსაზღვრეთ მათი სიმკვრივე.

13. გამოთვალეთ შეცდომები და ჩაწერეთ შედეგი GOST-ის შესაბამისად.

14. ჩამოწერეთ დასკვნები ლაბორატორიულ სამუშაოზე.

ცხრილი 3

No p/p	M", კგ	M", კგ	მ, კგ	C", J / კგ. კ	C", J / კგ. კ	t 0, 0 C	t 1, 0 C	t 2, 0 C	C, ჯ/კგ. რომ

გვერდი 2

საიკსის მიხედვით სპეციფიკური სითბოს განსაზღვრის სიზუსტე ძალიან მაღალია. თუმცა, ეს მეთოდი დაკავშირებულია უფრო დიდ ექსპერიმენტულ სირთულეებთან, ვიდრე სმიტის მეთოდი და ასევე იძლევა ზუსტ შედეგებს მხოლოდ გათბობის მოსახვევებისთვის, თუმცა მისი გამოყენება შესაძლებელია გაგრილების მრუდების მისაღებადაც. სმიტის მეთოდი აადვილებს ვიწრო ტემპერატურის დიაპაზონების შესწავლას, მაგრამ ალბათ ნაკლებად ზუსტია.

მაშასადამე, ნივთიერების სპეციფიური თბოტევადობის sg-ს დასადგენად აუცილებელია სხეულზე მოქმედი გარე ძალების მიერ შესრულებული სამუშაოს გაზომვა და არარსებობის დროს მუშაობის შედეგად დაფიქსირებული სხეულის ტემპერატურის ცვლილება. სითბოს გაცვლა სხვა სხეულებთან.

ყველაზე ხშირად გამოყენებული მეთოდი სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის დასადგენად; შერევას უწოდებენ. კალორიმეტრი (რეგნო) შედგება წითელი სპილენძის ჭურჭლისგან, რომელიც მოთავსებულია ხის ფეხებზე სხვა სპილენძის ჭურჭლის ფსკერზე, საიდანაც იგი გამოყოფილია ჰაერის ფენით, რომლის თბოგამტარობა და სითბოს სიმძლავრე, ერთეული მოცულობისთვის, არის. უმნიშვნელო. პირველი ჭურჭელი ივსება წყლით.

ახლა განვიხილოთ მეთოდები გაზის ნარევის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის დასადგენად.

სუს სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის პირდაპირი (პირდაპირი) განსაზღვრა და მისი ცვლილების კურსის შესწავლა ტემპერატურისა და სპეციფიკური მოცულობის მიხედვით არის ერთ-ერთი. ეფექტური საშუალებებინივთიერებების კრიტიკული მდგომარეობის შესწავლა. აქედან გამომდინარე, სითბოს სიმძლავრის ექსპერიმენტულ განსაზღვრებს დიდი თეორიული და პრაქტიკული ინტერესი აქვს კრიტიკული ფენომენების შესწავლისას.

როგორია ხსნარების სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის განსაზღვრის ფორმულა.

სპეციფიკური სითბოს შერევით განსაზღვრის ექსპერიმენტების ჩატარებისას აუცილებელია საცდელი ნიმუშის გაცხელება - - ზუსტად დაფიქსირებულ ტემპერატურამდე. ამისთვის გამოიყენება პორტატული გამათბობლები, რომლებიც დამონტაჟებულია კალორიმეტრზე მაღლა ხანმოკლე დროით, რაც აუცილებელია გახურებული ნიმუშის კალორიმეტრზე სწრაფად გადასატანად.

მოწყობილობის დიაგრამა.

სპეციფიკური სითბოს განსაზღვრის უმარტივესი აბსოლუტური სტაციონარული მეთოდის არსი შემდეგია: საცდელი მასალის ნიმუში h სისქით და განივი კვეთის ფართობი 5 მოთავსებულია გამათბობელსა და გამაგრილებელს შორის. გამათბობელი შეიძლება იყოს ჭურჭელი ცხელი წყალიან ელექტრო გამაცხელებელი ელემენტი ისე, რომ მისი სიმძლავრე მორგებული იყოს სურვილისამებრ ძაბვის შეცვლით. ქულერი არის ლითონის ღრუ კორპუსი, რომლითაც ცივი წყალი გადის. ნიმუშის გაცხელებულ და გაცივებულ ზედაპირებზე ტემპერატურა (tj და, შესაბამისად, / 2) იზომება თერმოწყვილებით.

ქვემოთ მოცემულია ექსპერიმენტული მონაცემების დამუშავების მაგალითი ქვიშაქვის ნიმუშის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის განსაზღვრისას. შესწავლილი კლდის ნიმუშის ფხვნილით სავსე ღრუ ცილინდრი გაცხელდა 40 C-მდე და გაცივდა უძრავი ჰაერის კამერაში 18-20 C ტემპერატურამდე.

ნახ. 3 - 6 გვიჩვენებს ნომოგრამებს თხევადი ცალკეული ნახშირწყალბადების და ნავთობის ნარევების სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის დასადგენად, აგრეთვე მეთანოლისა და ეთანოლის წყალხსნარებში.

მაგალითად, მოდით გავაკეთოთ სითბოს ბალანსის განტოლება, რომელიც გამოიყენება ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის დასადგენად კალორიმეტრის გამოყენებით. დაახლოებით შეიძლება ჩაითვალოს, რომ ამ შემთხვევაში სითბოს გაცვლაში სამი სხეული მონაწილეობს: კალორიმეტრი, სითხე და სხეული, რომლის ნივთიერების სპეციფიკური სითბო განისაზღვრება.

6.4. სითბოს გადაცემა სხეულებს შორის

6.4.1. სხეულის სითბოს მოცულობა, სპეციფიკური ნივთიერების თბოტევადობა, ნივთიერების მოლური სითბოსუნარიანობა

სხეულის ტემპერატურის ასამაღლებლად საჭიროა გარკვეული რაოდენობის სითბოს გადაცემა.

მოცემული ნივთიერების 1 კგ 1 K-ზე ე.წ სპეციფიკური სითბონივთიერებებიდა გამოითვლება ფორმულით

c დარტყმები = Q m Δ T,

სადაც Q არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა მატერიის გარკვეული მასის გასათბობად; m არის ნივთიერების მასა; ΔT არის ნივთიერების ტემპერატურის ცვლილება გაცხელებისას.

ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში ნივთიერების სპეციფიკური თბოტევადობა იზომება ჯოულებში, გაყოფილი კილოგრამ-კელვინზე (1 J/(kg ⋅ K)).

გათბობისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობა მატერიის გარკვეული მასა, განისაზღვრება პროდუქტით

Q = c სცემეს m ∆T.

სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა მოცემული სხეულის 1 K-ით ასამაღლებლად, ეწოდება სხეულის სითბოს მოცულობადა გამოითვლება ფორმულით

C = QΔT,

სადაც Q არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა მოცემული სხეულის გასათბობად; ΔT - სხეულის ტემპერატურის ცვლილება გაცხელებისას.

ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში სხეულის სითბოს სიმძლავრე იზომება ჯოულებში, გაყოფილი კელვინზე (1 J/K).

გარკვეული სხეულის გასათბობად საჭირო სითბოს რაოდენობა განისაზღვრება პროდუქტით

Q=CΔT,

სადაც C არის სხეულის სითბოს მოცულობა.

სხეულის სითბოს ტევადობა და ნივთიერების სითბური ტევადობა, რომლისგანაც სხეული შედგება, ურთიერთდაკავშირებულიგამოხატულება

C \u003d mc beats,

სადაც C არის სხეულის სითბოს მოცულობა; მ - სხეულის წონა; c beat არის ნივთიერების სპეციფიკური სითბური სიმძლავრე, საიდანაც ეს სხეული მზადდება.

სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა მოცემული ნივთიერების 1 მოლის ტემპერატურის 1 K-ით ამაღლებისთვის, ეწოდება ნივთიერების მოლური სითბოს ტევადობადა გამოითვლება ფორმულით

c μ = Q ν Δ T,

სადაც Q არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ნივთიერების გარკვეული რაოდენობის გასათბობად; ν არის ნივთიერების რაოდენობა; ΔT არის ნივთიერების მითითებული რაოდენობის ტემპერატურის ცვლილება გაცხელებისას.

ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში ნივთიერების მოლური სითბოს სიმძლავრე იზომება ჯოულებში თითო მოლ-კელვინზე (1 J/(mol ⋅ K)).

გათბობისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობა ნივთიერების გარკვეული რაოდენობა, განისაზღვრება პროდუქტით

Q = c μ νΔT.

ნივთიერების მოლური და სპეციფიკური სითბური შესაძლებლობები ურთიერთდაკავშირებულიგამოხატულება

c µ = Ms სცემს,

სადაც c µ არის ნივთიერების მოლური სითბოს მოცულობა; M არის ნივთიერების მოლური მასა; c sp - ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს მოცულობა.

მაგალითი 14 რკინის და ტყვიის ბურთულებს აქვთ იგივე დიამეტრი. რამდენჯერ აღემატება რკინის ბურთის სითბოს ტევადობას ტყვიის ბურთის? რკინის და ტყვიის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრეა 0,46 და 0,13 კჯ / (კგ ⋅ კ), ხოლო სიმკვრივეები 7,80 და 11,5 გ/სმ 3, შესაბამისად.

გამოსავალი . ბურთების სითბოს სიმძლავრე განისაზღვრება შემდეგი ფორმულებით:

• რკინის ბურთი -

C 1 \u003d m 1 c ud1,

სადაც m 1 არის რკინის ბურთის მასა; c ud1 - რკინის სპეციფიკური თბოტევადობა;

• ტყვიის ბურთი -

C 2 \u003d m 2 c beat2,

სადაც m 2 არის ტყვიის ბურთის მასა; c sp2 - ტყვიის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა.

სასურველი თანაფარდობა არის სითბოს სიმძლავრეები:

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

რომელიც განისაზღვრება რკინისა და ტყვიის ბურთულების მასების თანაფარდობით და რკინისა და ტყვიის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრეების შეფარდებით.

ბურთების მასები განისაზღვრება მათი ზომითა და სიმკვრივით:

• რკინის ბურთი -

m 1 \u003d ρ 1 V 1,

სადაც ρ 1 არის რკინის სიმკვრივე; V 1 - რკინის ბურთის მოცულობა;

• ტყვიის ბურთი -

m 2 \u003d ρ 2 V 2,

სადაც ρ 2 - ტყვიის სიმკვრივე; V 2 - ტყვიის ბურთის მოცულობა.

ბურთებს აქვთ იგივე დიამეტრი, ამიტომ მათი მოცულობა იგივეა:

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

სადაც d არის რკინის და ტყვიის ბურთულების დიამეტრი.

ამ უკანასკნელი გარემოების გათვალისწინებით, მასის თანაფარდობა უდრის:

მ 1 მ 2 = ρ 1 V 1 ρ 2 V 2 = ρ 1 ρ 2.

მოდით ჩავანაცვლოთ m 1 /m 2 რკინისა და ტყვიის ბურთულების სითბოს სიმძლავრის თანაფარდობის ფორმულაში:

C 1 C 2 \u003d ρ 1 c sp 1 ρ 2 c sp 2.

მოდით გავაკეთოთ გაანგარიშება:

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

რკინის ბურთის სითბოს მოცულობა 2,4-ჯერ აღემატება ტყვიის ბურთულას.

მაგალითი 15. ნარევის მომზადებისას ბუნკერში ჩაასხეს ქვიშის გარკვეული მასა და ცემენტის ოთხჯერ მეტი მასა. ცემენტისა და ქვიშის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრეებია შესაბამისად 810 და 960 ჯ/(კგ ⋅ K). განსაზღვრეთ ნარევის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა.

გამოსავალი . ნარევის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე განისაზღვრება ფორმულით

c დარტყმები = Q m Δ T,

სადაც Q არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ნარევის ტემპერატურის ΔT-ით ასამაღლებლად; m არის ნარევის მასა.

სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ნარევის გასათბობად, -

Q \u003d Q 1 + Q 2,

სადაც Q 1 - სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ქვიშის გასათბობად, რომელიც ნარევის ნაწილია, ΔT-ით; Q 2 - სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ცემენტის გასათბობად, რომელიც ნარევის ნაწილია, ΔT-ით.

გათბობისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობა:

• ქვიშა -

Q 1 \u003d c ud1 m 1 ∆T,

სადაც c ud1 - ქვიშის სპეციფიკური სითბოს მოცულობა; მ 1 - ქვიშის მასა;

• ცემენტი -

Q 2 \u003d c ud2 m 2 ∆T,

სადაც c ud2 - ცემენტის სპეციფიკური თბოტევადობა; მ 2 არის ცემენტის მასა.

ქვიშისა და ცემენტის ნარევის გასათბობად საჭირო სითბოს რაოდენობა განისაზღვრება გამოხატულებით

Q \u003d c სცემეს 1 მ 1 Δ T + c სცემეს 2 მ 2 Δ T \u003d (c სცემეს 1 მ 1 + c სცემეს 2 მ 2) Δ T.

ნარევის მასა არის ქვიშისა და ცემენტის მასების ჯამი:

m \u003d m 1 + m 2.

მოდით შევცვალოთ მიღებული გამონათქვამები ნარევის სითბოს და მასის ოდენობისთვის ნარევის სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის ფორმულაში:

c სცემს \u003d (c სცემს 1 მ 1 + c სცემს 2 მ 2) Δ T (m 1 + m 2) Δ T \u003d c სცემს 1 მ 1 + c სცემს 2 მ 2 მ 1 + მ 2.

ჩვენ გარდაქმნით მიღებულ გამონათქვამს, მასის თანაფარდობის გათვალისწინებით:

მ 2 = 4 მ 1, ე.ი. c beats \u003d c beats 1 m 1 + 4 c beats 2 m 1 m 1 + 4 m 1 \u003d c beats 1 + 4 c beats 2 5.

გაანგარიშება იძლევა მნიშვნელობას:

c დარტყმები = 960 + 4 ⋅ 810 5 = 840 ჯ/(კგ ⋅ კ).

მაშასადამე, ნარევის სპეციფიკური სითბური სიმძლავრეა 840 ჯ/(კგ ⋅ კ).