მოწყობა
სისტემაში სითბოს რაოდენობა იზომება. სითბოს რაოდენობის გაზომვის მეთოდები და საშუალებები

სისტემაში სითბოს რაოდენობა იზომება. სითბოს რაოდენობის გაზომვის მეთოდები და საშუალებები

სითბო- ენერგია გადაეცემა უფრო გახურებული სხეულიდან ნაკლებად გაცხელებულს პირდაპირი კონტაქტის ან გამოსხივების გზით.

ტემპერატურა არის მოლეკულური მოძრაობის ინტენსივობის საზომი.

სითბოს რაოდენობა, რომელსაც ფლობს სხეული მოცემულ ტემპერატურაზე, დამოკიდებულია მის მასაზე; მაგალითად, იმავე ტემპერატურაზე, დიდი ჭიქა წყალი შეიცავს უფრო მეტ სითბოს, ვიდრე პატარას, ხოლო ცივი წყლის ვედრო შეიძლება შეიცავდეს უფრო მეტ სითბოს, ვიდრე ჭიქა ცხელი წყალი(თუმცა ვედროში წყლის ტემპერატურა უფრო დაბალია).

სითბო მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ადამიანის ცხოვრებაში, მათ შორის მისი სხეულის ფუნქციონირებაში. საკვებში შემავალი ქიმიური ენერგიის ნაწილი გარდაიქმნება სითბოდ, რითაც ინარჩუნებს სხეულის ტემპერატურას დაახლოებით 37°C. ადამიანის სხეულის სითბოს ბალანსი ასევე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე გარემო, და ადამიანები იძულებულნი არიან დახარჯონ დიდი ენერგია ზამთარში საცხოვრებელი და სამრეწველო შენობების გასათბობად და ზაფხულში მათი გაგრილებისთვის. ამ ენერგიის უმეტესი ნაწილი მიეწოდება სითბოს ძრავებს, როგორიცაა ქვაბები და ორთქლის ტურბინები ელექტროსადგურებში, რომლებიც წვავენ წიაღისეულ საწვავს (ქვანახშირი, ნავთობი) და გამოიმუშავებენ ელექტროენერგიას.

მე-18 საუკუნის ბოლომდე. სითბო ითვლებოდა მატერიალურ ნივთიერებად, თვლიდნენ, რომ სხეულის ტემპერატურა განისაზღვრება მასში შემავალი რაოდენობით<калорической жидкости>, ან<теплорода>. მოგვიანებით ბ.რამფორდმა, ჯ.ჯულმა და სხვა იმდროინდელმა ფიზიკოსებმა გენიალური ექსპერიმენტებითა და მსჯელობით უარყვეს<калорическую>თეორია, რომელიც ამტკიცებს, რომ სითბო არის უწონო და მისი მიღება შესაძლებელია ნებისმიერი რაოდენობით, უბრალოდ მექანიკური მოძრაობის საშუალებით. სითბო თავისთავად არ არის ნივთიერება - ეს მხოლოდ მისი ატომების ან მოლეკულების მოძრაობის ენერგიაა. ეს არის ზუსტად სითბოს გაგება, რომელსაც თანამედროვე ფიზიკა იცავს.

ამ სტატიაში განვიხილავთ, თუ როგორ არის დაკავშირებული სითბო და ტემპერატურა და როგორ იზომება ეს რაოდენობები. ჩვენი განხილვის საგანი იქნება აგრეთვე შემდეგი საკითხები: სითბოს გადატანა სხეულის ერთი ნაწილიდან მეორეზე; სითბოს გადაცემა ვაკუუმში (სივრცე, რომელიც არ შეიცავს ნივთიერებას); სითბოს როლი თანამედროვე სამყაროში.

სითბო და ტემპერატურა

ნივთიერების თერმული ენერგიის რაოდენობა არ შეიძლება განისაზღვროს მისი თითოეული მოლეკულის მოძრაობის ინდივიდუალურად დაკვირვებით. პირიქით, მხოლოდ ნივთიერების მაკროსკოპული თვისებების შესწავლით შეიძლება ვიპოვოთ მრავალი მოლეკულის მიკროსკოპული მოძრაობის მახასიათებლები გარკვეული დროის განმავლობაში. ნივთიერების ტემპერატურა არის მოლეკულური მოძრაობის ინტენსივობის საშუალო მაჩვენებელი, რომლის ენერგიაც არის თერმული ენერგიანივთიერებები.

ტემპერატურის შეფასების ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული, მაგრამ ასევე ნაკლებად ზუსტი გზა არის შეხება. საგანზე შეხებისას ჩვენ ვიმსჯელებთ ცხელია თუ ცივი, ჩვენს შეგრძნებებზე ფოკუსირებით. რა თქმა უნდა, ეს შეგრძნებები დამოკიდებულია ჩვენი სხეულის ტემპერატურაზე, რაც თერმული წონასწორობის კონცეფციამდე მიგვიყვანს - ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ტემპერატურის გაზომვისას.

Თერმული წონასწორობა

თერმული წონასწორობა A და B სხეულებს შორის

ცხადია, თუ ორი სხეული A და B ერთმანეთთან მჭიდროდ არის დაჭერილი, მაშინ საკმარისად დიდი ხნის შემდეგ მათთან შეხების შემდეგ შევამჩნევთ, რომ მათი ტემპერატურა იგივეა. ამ შემთხვევაში A და B სხეულები ერთმანეთთან თერმულ წონასწორობაში არიან. თუმცა, სხეულებს, ზოგადად რომ ვთქვათ, სულაც არ სჭირდებათ შეხება, რომ მათ შორის თერმული წონასწორობა არსებობდეს - საკმარისია მათი ტემპერატურა იგივე იყოს. ეს შეიძლება დადასტურდეს მესამე სხეულის C გამოყენებით, ჯერ თერმულ წონასწორობაში მოყვანა სხეულთან A და შემდეგ შევადაროთ C და B სხეულების ტემპერატურა. სხეული C აქ თერმომეტრის როლს ასრულებს. მისი მკაცრი ფორმულირებით ამ პრინციპს თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი ეწოდება: თუ A და B სხეულები თერმულ წონასწორობაში არიან მესამე სხეულთან C, მაშინ ეს სხეულები ასევე თერმო წონასწორობაში არიან ერთმანეთთან. ეს კანონი ეფუძნება ტემპერატურის გაზომვის ყველა მეთოდს.

ტემპერატურის გაზომვა

ტემპერატურის სასწორები

თერმომეტრები

თერმომეტრები ელექტრულ ეფექტებზე დაფუძნებული

თუ გვინდა ჩავატაროთ ზუსტი ექსპერიმენტები და გამოთვლები, მაშინ ისეთი ტემპერატურის რეიტინგები, როგორიცაა ცხელი, თბილი, გრილი, ცივი არ არის საკმარისი - ჩვენ გვჭირდება გრადუირებული ტემპერატურის მასშტაბი. არსებობს რამდენიმე ასეთი სასწორი და წყლის გაყინვისა და დუღილის ტემპერატურა ჩვეულებრივ აღიქმება როგორც საცნობარო პუნქტები. ოთხი ყველაზე გავრცელებული სასწორი ნაჩვენებია სურათზე. ცელსიუსის სკალა, რომლის მიხედვითაც წყლის გაყინვის წერტილი შეესაბამება 0°-ს, ხოლო დუღილის წერტილი 100°-ს, ეწოდება ცელსიუსის სკალა, რომელიც დასახელებულია შვედი ასტრონომის A. ცელსიუსის მიხედვით, რომელმაც აღწერა იგი 1742 წელს. ითვლება, რომ შვედმა ნატურალისტმა C. Linnaeus-მა პირველად გამოიყენა ეს მასშტაბი. ახლა ცელსიუსის მასშტაბი ყველაზე გავრცელებულია მსოფლიოში. ფარენჰაიტის ტემპერატურის შკალა, რომელშიც წყლის გაყინვის და დუღილის წერტილები შეესაბამება უკიდურესად მოუხერხებელ რიცხვებს 32 და 212°, შემოთავაზებული იქნა ფარენჰაიტმა 1724 წელს. ფარენჰაიტის შკალა ფართოდ არის გავრცელებული ინგლისურენოვან ქვეყნებში, მაგრამ იგი თითქმის არასოდეს გამოიყენება სამეცნიერო ლიტერატურაში. ცელსიუსის ტემპერატურის (°C) ფარენჰეიტის ტემპერატურაზე (°F) გადასაყვანად არის ფორმულა °F = (9/5)°C + 32, ხოლო საპირისპირო გადაქცევისთვის არის ფორმულა °C = (5/9)( °F- 32).

ორივე სასწორი - ფარენჰაიტიც და ცელსიუსიც - ძალიან მოუხერხებელია ექსპერიმენტების ჩატარების პირობებში, როდესაც ტემპერატურა ეცემა წყლის გაყინვის წერტილს ქვემოთ და გამოიხატება როგორც უარყოფითი რიცხვი. ასეთი შემთხვევებისთვის შემოიღეს აბსოლუტური ტემპერატურული სკალები, რომლებიც ეფუძნება ექსტრაპოლაციას ეგრეთ წოდებულ აბსოლუტურ ნულამდე - წერტილი, სადაც მოლეკულური მოძრაობა უნდა შეჩერდეს. ერთ მათგანს რანკინის სკალა ჰქვია, მეორეს კი აბსოლუტური თერმოდინამიკური მასშტაბი; ტემპერატურა იზომება რანკინის (°R) და კელვინების (K) გრადუსებში. ორივე სასწორი იწყება აბსოლუტურ ნულოვანი ტემპერატურაზე და წყლის გაყინვის წერტილი შეესაბამება 491,7°R და 273,16 K. გრადუსებისა და კელვინების რაოდენობა წყლის გაყინვისა და დუღილის წერტილებს შორის ცელსიუსის შკალასა და აბსოლუტურ თერმოდინამიკურ შკალას შორის არის იგივე და უდრის 100-ს; ფარენჰეიტის და რანკინის სკალებისთვის ის ასევე იგივეა, მაგრამ უდრის 180-ს. გრადუსი ცელსიუსი გარდაიქმნება კელვინებში K = °C + 273,16 ფორმულის გამოყენებით, ხოლო ფარენჰეიტის გრადუსები გარდაიქმნება რანკინის გრადუსებში ფორმულის გამოყენებით °R = °F + 459.7.

ტემპერატურის გაზომვისთვის შექმნილი ხელსაწყოების მოქმედება ემყარება სხვადასხვა ფიზიკურ მოვლენებს, რომლებიც დაკავშირებულია ნივთიერების თერმული ენერგიის ცვლილებებთან - ელექტრული წინააღმდეგობის, მოცულობის, წნევის, გამოსხივების მახასიათებლებისა და თერმოელექტრული თვისებების ცვლილებებთან. ტემპერატურის გაზომვის ერთ-ერთი უმარტივესი და ნაცნობი ხელსაწყო არის შუშის თერმომეტრი, რომელიც ნაჩვენებია ფიგურაში. თერმომეტრის ბოლოში ბურთი მოთავსებულია საშუალოში ან დაჭერით ობიექტს, რომლის ტემპერატურაც უნდა გაიზომოს, და იმისდა მიხედვით, ბურთი იღებს თუ გამოსცემს სითბოს, ის ფართოვდება ან იკუმშება და მისი სვეტი იზრდება ან ეცემა კაპილარში. . თუ თერმომეტრი წინასწარ არის დაკალიბრებული და აღჭურვილია სასწორით, მაშინ შეგიძლიათ პირდაპირ გაიგოთ სხეულის ტემპერატურა.

კიდევ ერთი მოწყობილობა, რომლის მოქმედება ემყარება თერმულ გაფართოებას, არის ბიმეტალური თერმომეტრი, რომელიც ნაჩვენებია ფიგურაში. მისი მთავარი ელემენტია ორი შედუღებული ლითონისგან დამზადებული სპირალური ფირფიტა თერმული გაფართოების სხვადასხვა კოეფიციენტით. როდესაც თბება, ერთი ლითონი უფრო მეტად ფართოვდება, ვიდრე მეორე, სპირალი უხვევს და აბრუნებს ისარს მასშტაბთან შედარებით. ასეთი მოწყობილობები ხშირად გამოიყენება შიდა და გარე ჰაერის ტემპერატურის გასაზომად, მაგრამ ისინი არ არის შესაფერისი ადგილობრივი ტემპერატურის დასადგენად.

ლოკალური ტემპერატურა ჩვეულებრივ იზომება თერმოწყვილის გამოყენებით, რომელიც არის ერთმანეთის ბოლოში შედუღებული განსხვავებული ლითონის ორი მავთული. როდესაც ასეთი შეერთება თბება, ემფ წარმოიქმნება მავთულის თავისუფალ ბოლოებზე, რომელიც ჩვეულებრივ შეადგენს რამდენიმე მილივოლტს. თერმოწყვილები მზადდება სხვადასხვა ლითონის წყვილებისგან: რკინისა და კონსტანტანისგან, სპილენძისა და კონსტანტანისგან, ქრომელისა და ალუმელისგან. მათი თერმოემფ ცვალებადობს თითქმის წრფივი ტემპერატურის მიხედვით ტემპერატურულ ფართო დიაპაზონში.

ასევე ცნობილია კიდევ ერთი თერმოელექტრული ეფექტი - გამტარი მასალის წინააღმდეგობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. იგი ემყარება ელექტრული წინააღმდეგობის თერმომეტრების მუშაობას, რომელთაგან ერთ-ერთი ნაჩვენებია ფიგურაში. მცირე ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე ელემენტის (თერმული გადამყვანის) წინააღმდეგობა - ჩვეულებრივ, წვრილი მავთულის ხვეული - შედარებულია კალიბრირებული ცვლადი რეზისტორის წინააღმდეგობას უიტსტოუნის ხიდის გამოყენებით. გამომავალი მოწყობილობის დაკალიბრება შესაძლებელია პირდაპირ გრადუსით.

ოპტიკური პირომეტრები გამოიყენება ცხელი სხეულების ტემპერატურის გასაზომად, რომლებიც ასხივებენ ხილულ შუქს. ამ მოწყობილობის ერთ-ერთ განსახიერებაში, სხეულის მიერ გამოსხივებული შუქი შედარებულია ინკანდესენტური ნათურის ძაფის ემისიასთან, რომელიც მოთავსებულია ბინოკლების ფოკუსურ სიბრტყეში, რომლის მეშვეობითაც ასხივებენ სხეულს. ნათურის ძაფის გამაცხელებელი ელექტრული დენი იცვლება მანამ, სანამ ძაფისა და სხეულის სიკაშკაშის ვიზუალური შედარება არ გამოავლენს, რომ მათ შორის თერმული წონასწორობა დამყარდა. ინსტრუმენტის მასშტაბი შეიძლება დაკალიბრდეს უშუალოდ ტემპერატურის ერთეულებში.

ტექნიკური მიღწევები ბოლო წლებშიდაუშვა ახალი ტემპერატურის სენსორების შექმნა. მაგალითად, იმ შემთხვევებში, როდესაც საჭიროა განსაკუთრებით მაღალი მგრძნობელობა, თერმოწყვილის ან ჩვეულებრივი წინააღმდეგობის თერმომეტრის ნაცვლად გამოიყენება ნახევარგამტარული მოწყობილობა - თერმისტორი. საღებავები და თხევადი კრისტალები, რომლებიც ცვლიან ფაზურ მდგომარეობას, ასევე გამოიყენება თერმული გადამყვანად, განსაკუთრებით იმ შემთხვევებში, როდესაც სხეულის ზედაპირის ტემპერატურა ფართო დიაპაზონში მერყეობს. და ბოლოს, გამოიყენება ინფრაწითელი თერმოგრაფია, რომელიც ქმნის ობიექტის ინფრაწითელ გამოსახულებას ყალბ ფერებში, სადაც თითოეული ფერი შეესაბამება კონკრეტულ ტემპერატურას. ტემპერატურის გაზომვის ეს მეთოდი ყველაზე ფართო გამოყენებას პოულობს - დან სამედიცინო დიაგნოსტიკაშენობის თბოიზოლაციის შემოწმებამდე.

სითბოს გაზომვა

წყლის კალორიმეტრი

სხეულის თერმული ენერგია (სითბოს რაოდენობა) შეიძლება გაიზომოს უშუალოდ კალორიმეტრის გამოყენებით; ასეთი მოწყობილობის მარტივი ვერსია ნაჩვენებია ფიგურაში. ეს არის საგულდაგულოდ იზოლირებული დახურული ჭურჭელი, რომელიც აღჭურვილია მის შიგნით ტემპერატურის გასაზომი მოწყობილობებით და ზოგჯერ ივსება ცნობილი თვისებების მქონე სამუშაო სითხით, როგორიცაა წყალი. პატარა გაცხელებულ სხეულში სითბოს რაოდენობის გასაზომად მას ათავსებენ კალორიმეტრში და სისტემას ელოდება თერმული წონასწორობის მიღწევამდე. კალორიმეტრზე (უფრო ზუსტად, მის შემავსებელ წყალზე) გადაცემული სითბოს რაოდენობა განისაზღვრება წყლის ტემპერატურის ზრდით.

ქიმიური რეაქციის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა, როგორიცაა წვა, შეიძლება გაიზომოს პატარას დაყენებით<бомбу>. IN<бомбе>არის ნიმუში, რომელზედაც დაკავშირებულია აალების ელექტრული მავთულები და ჟანგბადის შესაბამისი რაოდენობა. მას შემდეგ, რაც ნიმუში მთლიანად იწვის და თერმული წონასწორობა დამყარდება, განისაზღვრება რამდენად გაიზარდა წყლის ტემპერატურა კალორიმეტრში და, შესაბამისად, გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა.

სითბოს ერთეულები

სითბო არის ენერგიის ფორმა და ამიტომ უნდა გაიზომოს ენერგიის ერთეულებში. SI ენერგიის ერთეული არის ჯოული (J). ასევე შესაძლებელია სითბოს რაოდენობის არასისტემური ერთეულების გამოყენება - კალორიები: საერთაშორისო კალორია არის 4,1868 ჯ, თერმოქიმიური კალორია - 4,1840 ჯ. უცხოურ ლაბორატორიებში კვლევის შედეგები ხშირად გამოხატულია ე.წ. 15-გრადუსიანი კალორია უდრის 4,1855 ჯ. ბრიტანული თერმული ერთეული (BTU) ეტაპობრივად გამოირიცხება: BTU საშუალო = 1,055 ჯ.

სითბოს წყაროები

სითბოს ძირითადი წყაროა ქიმიური და ბირთვული რეაქციები, ასევე ენერგიის გადაქცევის სხვადასხვა პროცესები. ქიმიური რეაქციების მაგალითები, რომლებიც ათავისუფლებენ სითბოს, არის წვა და საკვების კომპონენტების დაშლა. დედამიწის მიერ მიღებული თითქმის მთელი სითბო უზრუნველყოფილია მზის სიღრმეში მომხდარი ბირთვული რეაქციებით. კაცობრიობამ ისწავლა სითბოს მიღება კონტროლირებადი ბირთვული დაშლის პროცესების გამოყენებით და ახლა ცდილობს იმავე მიზნით გამოიყენოს თერმობირთვული შერწყმის რეაქციები. სხვა სახის ენერგია, როგორიცაა მექანიკური მუშაობა და ელექტრო ენერგია, ასევე შეიძლება გარდაიქმნას სითბოდ. მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ თერმული ენერგია (როგორც ნებისმიერი სხვა) შეიძლება გარდაიქმნას მხოლოდ სხვა ფორმაში, მაგრამ მისი მიღება შეუძლებელია<из ничего>, არც განადგურება. ეს არის მეცნიერების ერთ-ერთი ძირითადი პრინციპი, რომელსაც თერმოდინამიკა ეწოდება.

თერმოდინამიკა

თერმოდინამიკაარის მეცნიერება სითბოს, სამუშაოსა და მატერიას შორის ურთიერთობის შესახებ. თანამედროვე იდეები ამ ურთიერთობების შესახებ ჩამოყალიბდა წარსულის ისეთი დიდი მეცნიერების ნაშრომების საფუძველზე, როგორებიც არიან კარნო, კლაუსიუსი, გიბსი, ჯული, კელვინი და ა.შ. და ფაზური გადასვლების სიცხე. ეს მეცნიერება ეფუძნება რამდენიმე ექსპერიმენტულად დადგენილ კანონს - პრინციპს.

სითბო და ნივთიერებების თვისებები

სხვადასხვა ნივთიერებებიაქვს თერმული ენერგიის დაგროვების განსხვავებული უნარი; ეს დამოკიდებულია მათ მოლეკულურ სტრუქტურასა და სიმკვრივეზე. სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა ნივთიერების ერთეული მასის ტემპერატურის ერთი გრადუსით გასაზრდელად, ეწოდება მის სპეციფიკურ თბოტევადობას. სითბოს სიმძლავრე დამოკიდებულია იმ პირობებზე, რომელშიც ნივთიერება მდებარეობს. მაგალითად, ბუშტში ერთი გრამი ჰაერის 1 კ-ით გასათბობად საჭიროა მეტი სითბო, ვიდრე იმავე გათბობისთვის ხისტი კედლებით დალუქულ ჭურჭელში, რადგან ბუშტზე გადაცემული ენერგიის ნაწილი იხარჯება ჰაერის გაფართოებაზე. არა გათბობაზე. ამიტომ, კერძოდ, გაზების სითბოს სიმძლავრე იზომება ცალკე მუდმივ წნევაზე და მუდმივ მოცულობაზე.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება მოლეკულების ქაოტური მოძრაობის ინტენსივობა – გაცხელებისას ნივთიერებების უმეტესობა ფართოვდება. ნივთიერების გაფართოების ხარისხს, როდესაც ტემპერატურა იზრდება 1 კ-ით, ეწოდება თერმული გაფართოების კოეფიციენტი.

იმისათვის, რომ ნივთიერება გადავიდეს ერთი ფაზის მდგომარეობიდან მეორეში, მაგალითად, მყარიდან თხევადში (და ზოგჯერ უშუალოდ აირისებრში), მან უნდა მიიღოს გარკვეული რაოდენობის სითბო. თუ გაცხელდება მყარი, მაშინ მისი ტემპერატურა მოიმატებს მანამ, სანამ არ დაიწყებს დნობას; სანამ დნობა არ დასრულდება, სხეულის ტემპერატურა დარჩება მუდმივი, სითბოს დამატების მიუხედავად. ნივთიერების ერთეული მასის დნობისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობას შერწყმის სითბო ეწოდება. თუ სითბოს შემდგომს მიმართავთ, გამდნარი ნივთიერება გაცხელდება ადუღებამდე. მოცემულ ტემპერატურაზე სითხის ერთეული მასის აორთქლებისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობას აორთქლების სითბო ეწოდება.

სითბოს როლი და მისი გამოყენება

ორთქლის ტურბინის ელექტროსადგურის მუშაობის სქემა

გაგრილების ციკლის დიაგრამა

გლობალური სითბოს გაცვლის პროცესები არ შემოიფარგლება დედამიწის გათბობით მზის გამოსხივებით. ატმოსფეროში მასიური კონვექციური დენები განსაზღვრავს ამინდის პირობების ყოველდღიურ ცვლილებებს მთელს მსოფლიოში. ეკვატორულ და პოლარულ რეგიონებს შორის ატმოსფეროში ტემპერატურის ცვლილებები, დედამიწის ბრუნვით გამოწვეული კორიოლისის ძალებთან ერთად, იწვევს მუდმივად ცვალებადი კონვექციური დინებების გამოჩენას, როგორიცაა სავაჭრო ქარები, რეაქტიული ნაკადები და თბილი და ცივი ფრონტები.

სითბოს გადატანა (თერმული გამტარობის გამო) დედამიწის გამდნარი ბირთვიდან მის ზედაპირზე იწვევს ვულკანურ ამოფრქვევას და გეიზერების გაჩენას. ზოგიერთ რეგიონში გეოთერმული ენერგია გამოიყენება სივრცის გასათბობად და ელექტროენერგიის წარმოებისთვის.

სითბო თითქმის ყველა ადამიანის განუყოფელი ნაწილია წარმოების პროცესები. აღვნიშნოთ მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანი, როგორიცაა ლითონების დნობა და გადამუშავება, ძრავის მუშაობა, საკვების წარმოება, ქიმიური სინთეზი, ზეთის გადამუშავება და მრავალფეროვანი ნივთების დამზადება - აგურიდან და ჭურჭლით დამთავრებული მანქანებით და ელექტრონული მოწყობილობებით დამთავრებული.

მრავალი სამრეწველო წარმოება და ტრანსპორტი, ისევე როგორც თბოელექტროსადგური, ვერ მუშაობდა სითბოს ძრავების გარეშე - მოწყობილობები, რომლებიც სითბოს გარდაქმნის სასარგებლო სამუშაოდ. ასეთი მანქანების მაგალითებია კომპრესორები, ტურბინები, ორთქლი, ბენზინი და რეაქტიული ძრავები.

გაზოვიკი - სამრეწველო გაზის აღჭურვილობა სახელმძღვანელო GOST, SNiP, PB ფიზიკური რაოდენობების ერთეულები, ფიზიკური და ქიმიური ცნებები, ურთიერთობები, აირების შემადგენლობა და მახასიათებლები

ტემპერატურისა და სითბოს რაოდენობის საზომი ერთეულები

ტემპერატურის საზომი ძირითადი ერთეული იყო ტემპერატურის საერთაშორისო მასშტაბის ხარისხი, რომელიც თითქმის ტოლია ცელსიუსის ხარისხთან. ეს მნიშვნელობა უდრის 0-დან 100 °C-მდე ტემპერატურული ინტერვალის 1/100-ს, ანუ ყინულის დნობის ტემპერატურასა და წყლის დუღილის წერტილებს შორის 760 მმ Hg წნევით. Ხელოვნება.

აბსოლუტური ტემპერატურა არის ტემპერატურა, რომელიც იზომება აბსოლუტური ნულიდან, ანუ –273,16 °C და იზომება კელვინის გრადუსებში (°K). კელვინის ხარისხი ზომით არ განსხვავდება ცელსიუსის გრადუსისგან. ამრიგად, აბსოლუტური ტემპერატურა გამოიხატება გრადუსი გრადუსით შემდეგნაირად:

T, °K = t, °C + 273.16

SI ტემპერატურის ერთეული არის კელვინის ხარისხი. ნებადართულია ცელსიუსის გრადუსის გამოყენება კელვინის ხარისხთან ერთად ტემპერატურის გაზომვის პრაქტიკული შედეგების გამოსახატავად, შკალის წარმოშობის (ნულოვანი პოზიციის) მიხედვით.

მაგალითი: 250 ±5 °C = 523.16 ±5 °K.

SI სისტემაში სამუშაო, ენერგია და სითბო იზომება ჯოულებში (J). ზოგჯერ გამოიყენება უფრო დიდი და მოსახერხებელი ერთეული პრაქტიკული მიზნებისთვის - კილოჯოული (კჯ), ტოლია 1000 ჯ. სამუშაოს SI ერთეული მიიღება 1 ნ ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო 1 მ-ის გადასაადგილებლად. ენერგია - ფიზიკური რაოდენობა, გვიჩვენებს, თუ რამდენი სამუშაო შეუძლია სხეულს.

კალორიები და კილოკალორიები შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც არასისტემური თერმული ერთეული. კალორია არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გ წყლის 1 °C-ით გასათბობად (19,5-დან 20,5 °C-მდე).

1 კალ (კალორია) = 4,1868 ჯ;
1 კკალ (კილოკალორია) = 1000 კალ = 4186,8 ჯ = 4,187 კჯ;
1 მკალ (მეგაკალორია) = 10 6 კალ = 4,1868 მჯ;
1 გკალ (გიგაკალორია) = 10 9 კალ = 4186,8 მჯ.

შედარებისთვის, საწვავის შეფასებისას გამოიყენება ეგრეთ წოდებული ჩვეულებრივი სითბო, რომლის კალორიულობა გამოთვლისთვის პირობითად არის 7 მკალ/კგ ან 7 გკალ/ტ. ასეთ შემთხვევებში, ჩვენ ვსაუბრობთ, შესაბამისად, 1 კგ ან 1 ტონა სტანდარტულ საწვავზე (t.e.f.).

გათბობა, ნივთიერების შინაგანი ენერგიის კინეტიკური ნაწილი, რომელიც განისაზღვრება იმ მოლეკულების და ატომების ინტენსიური ქაოტური მოძრაობით, საიდანაც შედგება ეს ნივთიერება. ტემპერატურა არის მოლეკულური მოძრაობის ინტენსივობის საზომი. სითბოს რაოდენობა, რომელსაც ფლობს სხეული მოცემულ ტემპერატურაზე, დამოკიდებულია მის მასაზე; მაგალითად, იმავე ტემპერატურაზე, დიდი ჭიქა წყალი შეიცავს უფრო მეტ სითბოს, ვიდრე პატარას, ხოლო ცივი წყლის ვედრო შეიძლება შეიცავდეს უფრო მეტ სითბოს, ვიდრე ჭიქა ცხელი წყალი (თუმცა ვედროში წყლის ტემპერატურა უფრო დაბალია) .

° გ. ადამიანის სხეულის სითბოს ბალანსი ასევე დამოკიდებულია გარემოს ტემპერატურაზე და ადამიანები იძულებულნი არიან დახარჯონ დიდი ენერგია ზამთარში საცხოვრებელი და სამრეწველო შენობების გასათბობად და ზაფხულში მათი გაგრილებისთვის. ამ ენერგიის უმეტესი ნაწილი მიეწოდება სითბოს ძრავებს, როგორიცაა ქვაბები და ორთქლის ტურბინები ელექტროსადგურებში, რომლებიც წვავენ წიაღისეულ საწვავს (ქვანახშირი, ნავთობი) და გამოიმუშავებენ ელექტროენერგიას.

მე-18 საუკუნის ბოლომდე. სითბო ითვლებოდა მატერიალურ ნივთიერებად, თვლიდნენ, რომ სხეულის ტემპერატურა განისაზღვრება მასში შემავალი „კალორიული სითხის“ ან „კალორიული“ რაოდენობით. მოგვიანებით, ბ.რამფორდმა, ჯ.ჯულმა და სხვა იმდროინდელმა ფიზიკოსებმა, გენიალური ექსპერიმენტებითა და მსჯელობით, უარყვეს „კალორიული“ თეორია და დაამტკიცეს, რომ სითბო უწონაოა და მისი მიღება ნებისმიერი რაოდენობით შეიძლება უბრალოდ მექანიკური მოძრაობის საშუალებით. სითბო თავისთავად არ არის ნივთიერება, ეს მხოლოდ მისი ატომების ან მოლეკულების მოძრაობის ენერგიაა. ეს არის ზუსტად სითბოს გაგება, რომელსაც თანამედროვე ფიზიკა იცავს. იხილეთ ასევეფიზიკა.

სითბო და ტემპერატურა ნივთიერების თერმული ენერგიის რაოდენობა არ შეიძლება განისაზღვროს მისი თითოეული მოლეკულის მოძრაობის ინდივიდუალურად დაკვირვებით. პირიქით, მხოლოდ ნივთიერების მაკროსკოპული თვისებების შესწავლით შეიძლება ვიპოვოთ მრავალი მოლეკულის მიკროსკოპული მოძრაობის მახასიათებლები გარკვეული დროის განმავლობაში. ნივთიერების ტემპერატურა არის მოლეკულური მოძრაობის ინტენსივობის საშუალო მაჩვენებელი, რომლის ენერგიაც ნივთიერების თერმული ენერგიაა.

ტემპერატურის შეფასების ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული, მაგრამ ასევე ნაკლებად ზუსტი გზა არის შეხება. საგანზე შეხებისას ჩვენ ვიმსჯელებთ ცხელია თუ ცივი, ჩვენს შეგრძნებებზე ფოკუსირებით. რა თქმა უნდა, ეს შეგრძნებები დამოკიდებულია ჩვენი სხეულის ტემპერატურაზე, რაც მიგვიყვანს თერმული წონასწორობის კონცეფციამდე, ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ტემპერატურის გაზომვისას.

Თერმული წონასწორობა. ცხადია, თუ ორი სხეული ა და ბ (ნახ. 1) მჭიდროდ დააწექით ერთმანეთს, შემდეგ საკმარისად დიდი ხნის შემდეგ მათ შეხების შემდეგ შევამჩნევთ, რომ მათი ტემპერატურა იგივეა. ამ შემთხვევაში ამბობენ, რომ სხეულები ა და ბ ერთმანეთთან თერმულ წონასწორობაში არიან. თუმცა, ზოგადად რომ ვთქვათ, სხეულებს სულაც არ სჭირდებათ შეხება, რათა მათ შორის თერმული წონასწორობა იყოს, საკმარისია მათი ტემპერატურა იგივე იყოს. ამის შემოწმება შესაძლებელია მესამე ორგანოს გამოყენებით C , პირველ რიგში სხეულთან თერმულ წონასწორობაში მოყვანა ა , შემდეგ კი სხეულის ტემპერატურის შედარება C და ბ. სხეული C აქ თერმომეტრის როლს ასრულებს. მკაცრი ფორმულირებით, ამ პრინციპს თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი ეწოდება: თუ სხეულები A და B თერმულ წონასწორობაში არიან მესამე სხეულთან C, მაშინ ეს სხეულები ასევე თერმულ წონასწორობაში არიან ერთმანეთთან.ეს კანონი ეფუძნება ტემპერატურის გაზომვის ყველა მეთოდს.ტემპერატურის გაზომვა. თუ გვინდა ჩავატაროთ ზუსტი ექსპერიმენტები და გამოთვლები, მაშინ ტემპერატურის ისეთი რეიტინგები, როგორიცაა ცხელი, თბილი, გრილი, ცივი, საკმარისი არ არის, ჩვენ გვჭირდება გრადუირებული ტემპერატურის მასშტაბი. არსებობს რამდენიმე ასეთი სასწორი და წყლის გაყინვისა და დუღილის ტემპერატურა ჩვეულებრივ აღიქმება როგორც საცნობარო პუნქტები. ოთხი ყველაზე გავრცელებული სასწორი ნაჩვენებია ნახ. 2. ცენტიგრადის სკალა, რომელზედაც წყლის გაყინვის წერტილი შეესაბამება 0-ს° და დუღილის წერტილი არის 100° ცელსიუსის შკალას უწოდებენ შვედი ასტრონომის A. Celsius-ის მიხედვით, რომელმაც აღწერა იგი 1742 წელს. ითვლება, რომ შვედმა ნატურალისტმა C. Linnaeus-მა პირველად გამოიყენა ეს მასშტაბი. ახლა ცელსიუსის მასშტაბი ყველაზე გავრცელებულია მსოფლიოში. ფარენჰაიტის ტემპერატურის სკალა, რომელშიც წყლის გაყინვის და დუღილის წერტილები შეესაბამება უკიდურესად მოუხერხებელ რიცხვებს 32 და 212.° , შემოთავაზებული იყო 1724 წელს გ.ფარენჰაიტმა. ფარენჰაიტის შკალა ფართოდ არის გავრცელებული ინგლისურენოვან ქვეყნებში, მაგრამ იგი თითქმის არასოდეს გამოიყენება სამეცნიერო ლიტერატურაში. ტემპერატურის გადაქცევა ცელსიუსში (° გ) ფარენჰეიტის ტემპერატურამდე (° ვ) არსებობს ფორმულა°F = (9/5) ° C + 32 და საპირისპირო თარგმანის ფორმულისთვის°C = (5/9) (°F - 32). ორივე სასწორი, ფარენჰეიტი და ცელსიუსი, ძალიან მოუხერხებელია ექსპერიმენტების ჩატარებისას პირობებში, როდესაც ტემპერატურა ეცემა წყლის გაყინვის წერტილს ქვემოთ და გამოიხატება როგორც უარყოფითი რიცხვი. ასეთი შემთხვევებისთვის შემოიღეს აბსოლუტური ტემპერატურული სკალები, რომლებიც ეფუძნება ექსტრაპოლაციას ეგრეთ წოდებულ აბსოლუტურ ნულამდე, იმ წერტილში, სადაც მოლეკულური მოძრაობა უნდა შეწყდეს. ერთ მათგანს რანკინის სკალა ჰქვია, მეორეს კი აბსოლუტური თერმოდინამიკური მასშტაბი; მათი ტემპერატურა იზომება რანკინის გრადუსებში (° R) და კელვინები (K). ორივე სასწორი იწყება აბსოლუტური ნულიდან, ხოლო წყლის გაყინვის წერტილი შეესაბამება 491,7° R და 273,16 K. გრადუსებისა და კელვინების რაოდენობა ცელსიუსის შკალაზე წყლის გაყინვისა და დუღილის წერტილებსა და აბსოლუტურ თერმოდინამიკურ შკალას შორის იგივეა და უდრის 100-ს; ფარენჰაიტის და რანკინის სკალებისთვის ის ასევე იგივეა, მაგრამ უდრის 180-ს. გრადუსი ცელსიუსი გარდაიქმნება კელვინებში K = ფორმულის გამოყენებით.° C + 273.16 და ფარენჰეიტის გრადუსი რანკინის გრადუსამდე ფორმულის მიხედვით°R = °F + 459.7. ტემპერატურის გასაზომად შექმნილი ხელსაწყოების მოქმედება ემყარება სხვადასხვა ფიზიკურ მოვლენებს, რომლებიც დაკავშირებულია ნივთიერების თერმული ენერგიის ცვლილებებთან, ელექტრული წინააღმდეგობის, მოცულობის, წნევის, გამოსხივების მახასიათებლებისა და თერმოელექტრული თვისებების ცვლილებებთან. ტემპერატურის გაზომვის ერთ-ერთი ყველაზე მარტივი და ნაცნობი ინსტრუმენტი არის ვერცხლისწყლის შუშის თერმომეტრი, რომელიც ნაჩვენებია ნახ. 3, ა. თერმომეტრის ქვედა ნაწილში ვერცხლისწყლის ბურთი მოთავსებულია გარემოში ან დაჭერით ობიექტს, რომლის ტემპერატურა უნდა გაიზომოს და იმისდა მიხედვით, ბურთი იღებს თუ გამოსცემს სითბოს, ვერცხლისწყალი ფართოვდება ან იკუმშება და მისი სვეტი იზრდება ან ვარდება კაპილარში. თუ თერმომეტრი წინასწარ არის დაკალიბრებული და აღჭურვილია სასწორით, მაშინ შეგიძლიათ პირდაპირ გაიგოთ სხეულის ტემპერატურა.

კიდევ ერთი მოწყობილობა, რომლის მოქმედება ემყარება თერმულ გაფართოებას, არის ბიმეტალური თერმომეტრი, რომელიც ნაჩვენებია ნახ.

3, ბ. მისი მთავარი ელემენტი ორი შედუღებული ლითონის სპირალური ფირფიტა თერმული გაფართოების სხვადასხვა კოეფიციენტით. როდესაც თბება, ერთი ლითონი უფრო მეტად ფართოვდება, ვიდრე მეორე, სპირალი უხვევს და აბრუნებს ისარს მასშტაბთან შედარებით. ასეთი მოწყობილობები ხშირად გამოიყენება შიდა და გარე ჰაერის ტემპერატურის გასაზომად, მაგრამ ისინი არ არის შესაფერისი ადგილობრივი ტემპერატურის დასადგენად.

ლოკალური ტემპერატურა ჩვეულებრივ იზომება თერმოწყვილის გამოყენებით, რომელიც არის ორი განსხვავებული ლითონის მავთული, რომლებიც შედუღებულია ერთ ბოლოში (ნახ.

4, ა). როდესაც ასეთი შეერთება თბება, ემფ წარმოიქმნება მავთულის თავისუფალ ბოლოებზე, რომელიც ჩვეულებრივ შეადგენს რამდენიმე მილივოლტს. თერმოწყვილები მზადდება სხვადასხვა ლითონის წყვილებისგან: რკინისა და კონსტანტანისგან, სპილენძისა და კონსტანტანისგან, ქრომელისა და ალუმელისგან. მათი თერმოემფ ცვალებადობს თითქმის წრფივი ტემპერატურის მიხედვით ტემპერატურულ ფართო დიაპაზონში.

ასევე ცნობილია კიდევ ერთი თერმოელექტრული ეფექტი: გამტარი მასალის წინააღმდეგობის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. იგი ემყარება ელექტრული წინააღმდეგობის თერმომეტრების მუშაობას, რომელთაგან ერთ-ერთი ნაჩვენებია ნახ.

4, ბ. მცირე ტემპერატურისადმი მგრძნობიარე ელემენტის (თერმული გადამყვანის) წინააღმდეგობა, როგორც წესი, თხელი მავთულის ხვეულს ადარებენ კალიბრირებული ცვლადი რეზისტორის წინააღმდეგობას უიტსტოუნის ხიდის გამოყენებით. გამომავალი მოწყობილობის დაკალიბრება შესაძლებელია პირდაპირ გრადუსით.

ბოლო წლების ტექნიკურმა მიღწევებმა შესაძლებელი გახადა ტემპერატურის ახალი სენსორების შექმნა. მაგალითად, იმ შემთხვევებში, როდესაც საჭიროა განსაკუთრებით მაღალი მგრძნობელობა, თერმოწყვილის ან ჩვეულებრივი წინააღმდეგობის თერმომეტრის ნაცვლად გამოიყენება ნახევარგამტარული მოწყობილობა, თერმისტორი. საღებავები და თხევადი კრისტალები, რომლებიც ცვლიან ფაზურ მდგომარეობას, ასევე გამოიყენება თერმული გადამყვანად, განსაკუთრებით იმ შემთხვევებში, როდესაც სხეულის ზედაპირის ტემპერატურა ფართო დიაპაზონში მერყეობს. და ბოლოს, გამოიყენება ინფრაწითელი თერმოგრაფია, რომელიც ქმნის ობიექტის ინფრაწითელ გამოსახულებას ყალბ ფერებში, სადაც თითოეული ფერი შეესაბამება კონკრეტულ ტემპერატურას. ტემპერატურის გაზომვის ეს მეთოდი ყველაზე ფართო გამოყენებას პოულობს სამედიცინო დიაგნოსტიკიდან შენობის თბოიზოლაციის შემოწმებამდე. იხილეთ ასევემყარი მდგომარეობის ფიზიკა; თხევადი კრისტალი.

სითბოს რაოდენობის გაზომვა. სხეულის თერმული ენერგია (სითბოს რაოდენობა) შეიძლება გაიზომოს უშუალოდ ე.წ კალორიმეტრით; ასეთი მოწყობილობის მარტივი ვერსია ნაჩვენებია ნახ. 5. ეს არის საგულდაგულოდ იზოლირებული დახურული ჭურჭელი, რომელიც აღჭურვილია მის შიგნით ტემპერატურის გასაზომი მოწყობილობებით და ზოგჯერ ივსება ცნობილი თვისებების მქონე სამუშაო სითხით, როგორიცაა წყალი. პატარა გაცხელებულ სხეულში სითბოს რაოდენობის გასაზომად მას ათავსებენ კალორიმეტრში და სისტემას ელოდება თერმული წონასწორობის მიღწევამდე. კალორიმეტრზე (უფრო ზუსტად, მის შემავსებელ წყალზე) გადაცემული სითბოს რაოდენობა განისაზღვრება წყლის ტემპერატურის ზრდით.

ქიმიური რეაქციის, როგორიცაა წვის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა შეიძლება გაიზომოს კალორიმეტრში პატარა „ბომბის“ მოთავსებით. „ბომბი“ შეიცავს ნიმუშს, რომელზედაც აალებადი ელექტრო მავთულები და ჟანგბადის სათანადო რაოდენობა. მას შემდეგ, რაც ნიმუში მთლიანად დაიწვება და თერმული წონასწორობა დამყარდება, დგინდება, რამდენად გაიზარდა წყლის ტემპერატურა კალორიმეტრში და, შესაბამისად, გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა. იხილეთ ასევეკალორიმეტრია.

სითბოს საზომი ერთეულები. სითბო არის ენერგიის ფორმა და ამიტომ უნდა გაიზომოს ენერგიის ერთეულებში. SI ენერგიის ერთეული არის ჯოული (J). ასევე შესაძლებელია სითბოს რაოდენობის კალორიების არასისტემური ერთეულების გამოყენება: საერთაშორისო კალორია არის 4,1868 ჯ, თერმოქიმიური კალორია 4,1840 ჯ. უცხოურ ლაბორატორიებში კვლევის შედეგები ხშირად გამოხატულია ე.წ. 15-გრადუსიანი კალორია უდრის 4,1855 ჯ. ბრიტანული თერმული ერთეული (BTU) ეტაპობრივად გამოირიცხება: BTU საშუალო = 1,055 ჯ. სითბოს ძირითადი წყაროა ქიმიური და ბირთვული რეაქციები, ასევე ენერგიის გადაქცევის სხვადასხვა პროცესები. ქიმიური რეაქციების მაგალითები, რომლებიც ათავისუფლებენ სითბოს, არის წვა და საკვების კომპონენტების დაშლა. დედამიწის მიერ მიღებული თითქმის მთელი სითბო უზრუნველყოფილია მზის სიღრმეში მომხდარი ბირთვული რეაქციებით. კაცობრიობამ ისწავლა სითბოს მიღება კონტროლირებადი ბირთვული დაშლის პროცესების გამოყენებით და ახლა ცდილობს იმავე მიზნით გამოიყენოს თერმობირთვული შერწყმის რეაქციები. სხვა სახის ენერგია, როგორიცაა მექანიკური მუშაობა და ელექტრო ენერგია, ასევე შეიძლება გარდაიქმნას სითბოდ. მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ თერმული ენერგია (როგორც ნებისმიერი სხვა) შეიძლება გარდაიქმნას მხოლოდ სხვა ფორმაში, მაგრამ მისი მიღება არ შეიძლება "არაფრისგან" ან განადგურება. ეს არის მეცნიერების ერთ-ერთი ძირითადი პრინციპი, რომელსაც თერმოდინამიკა ეწოდება. თერმოდინამიკა თერმოდინამიკა არის მეცნიერება სითბოს, სამუშაოსა და მატერიას შორის ურთიერთობის შესახებ. თანამედროვე იდეები ამ ურთიერთობების შესახებ ჩამოყალიბდა წარსულის ისეთი დიდი მეცნიერების ნაშრომების საფუძველზე, როგორებიც არიან კარნო, კლაუსიუსი, გიბსი, ჯული, კელვინი და ა.შ. და ფაზური გადასვლების სიცხე. ეს მეცნიერება ეფუძნება რამდენიმე ექსპერიმენტულად დადგენილ კანონსა და პრინციპს.თერმოდინამიკის დასაწყისი. ზემოთ ჩამოყალიბებული თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი შემოაქვს თერმული წონასწორობის, ტემპერატურისა და თერმომეტრიის ცნებებს. თერმოდინამიკის პირველი კანონი არის განცხადება, რომელიც საკვანძო მნიშვნელობისაა მთელი მეცნიერებისთვის, როგორც მთლიანობაში: ენერგია არ შეიძლება არც განადგურდეს და არც მიიღოთ „არაფრისგან“, ასე რომ, სამყაროს მთლიანი ენერგია მუდმივი რაოდენობაა. მისი უმარტივესი ფორმით, თერმოდინამიკის პირველი კანონი შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: ენერგია, რომელსაც სისტემა იღებს, გამოკლებული ენერგია, რომელიც გამოსცემს, უდრის სისტემაში დარჩენილ ენერგიას. ერთი შეხედვით ეს განცხადება აშკარად ჩანს, მაგრამ ასე არ არის, მაგალითად, სიტუაციები, როგორიცაა ბენზინის წვა მანქანის ძრავის ცილინდრებში: აქ მიღებული ენერგია ქიმიურია, გამოყოფილი ენერგია მექანიკურია (მუშაობა), ხოლო სისტემაში დარჩენილი ენერგია თერმული.

ასე რომ, ცხადია, რომ ენერგიას შეუძლია გარდაქმნას ერთი ფორმიდან მეორეში და რომ ასეთი გარდაქმნები მუდმივად ხდება ბუნებასა და ტექნოლოგიაში. ასზე მეტი წლის წინ ჯ.ჯულმა დაამტკიცა ეს მექანიკური ენერგიის თერმულ ენერგიად გადაქცევის შემთხვევისთვის ნახ. 6, ა. ამ მოწყობილობაში დაღმავალი და მზარდი წონა ატრიალებდა ლილვს პირებით წყლით სავსე კალორიმეტრში, რამაც გამოიწვია წყლის გაცხელება. ზუსტი გაზომვები საშუალებას აძლევდა ჯოულს დაედგინა, რომ სითბოს ერთი კალორია ექვივალენტურია 4,186 J მექანიკური მუშაობისთვის. მოწყობილობა ნაჩვენებია ნახ.

6, ბ, გამოიყენებოდა ელექტროენერგიის თერმული ეკვივალენტის დასადგენად.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი ხსნის ბევრ ყოველდღიურ მოვლენას. მაგალითად, ცხადი ხდება, რატომ არ შეიძლება სამზარეულოს გაგრილება ღია მაცივრით. დავუშვათ, რომ სამზარეულო გავწმინდეთ გარემოსგან. ენერგია სისტემას მუდმივად მიეწოდება მაცივრის დენის მავთულის მეშვეობით, მაგრამ სისტემა არ გამოყოფს ენერგიას. ამრიგად, მისი მთლიანი ენერგია იზრდება და სამზარეულო უფრო და უფრო თბილი ხდება: უბრალოდ შეეხეთ მაცივრის უკანა კედელზე თბოგამცვლელის (კონდენსატორის) მილებს და მიხვდებით მისი, როგორც „გამაგრილებელი“ მოწყობილობის უსარგებლობას. მაგრამ თუ ეს მილები ამოიღეს სისტემის გარეთ (მაგალითად, ფანჯრის გარეთ), მაშინ სამზარეულო გამოსცემდა იმაზე მეტ ენერგიას, ვიდრე იღებდა, ე.ი. გაცივდებოდა და მაცივარი ფანჯრის კონდიციონერივით იმუშავებდა.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი არის ბუნების კანონი, რომელიც გამორიცხავს ენერგიის შექმნას ან განადგურებას. თუმცა, ის არაფერს ამბობს იმაზე, თუ როგორ ხდება ენერგიის გადაცემის პროცესები ბუნებაში. ასე რომ, ჩვენ ვიცით, რომ ცხელი სხეული გააცხელებს ცივს, თუ ეს სხეულები კონტაქტში იქნება. მაგრამ შეუძლია თუ არა ცივ სხეულს თავისთავად გადასცეს სითბოს რეზერვი ცხელზე? Ბოლო შანსიკატეგორიულად უარყოფილია თერმოდინამიკის მეორე კანონით.

პირველი კანონი ასევე გამორიცხავს კოეფიციენტით ძრავის შექმნის შესაძლებლობას სასარგებლო მოქმედება(ეფექტურობა) 100%-ზე მეტი (მსგავსი

"მარადიული" ძრავას შეეძლო თვითნებურად დიდი ხნის განმავლობაში მეტი ენერგიის მიწოდება, ვიდრე თავად მოიხმარს). შეუძლებელია ძრავის აშენება თუნდაც 100%-იანი ეფექტურობით, ვინაიდან მისთვის მიწოდებული ენერგიის გარკვეული ნაწილი აუცილებლად უნდა დაიკარგოს მის მიერ ნაკლებად სასარგებლო თერმული ენერგიის სახით. ამრიგად, ბორბალი არ ტრიალებს ენერგიის მიწოდების გარეშე რაიმე დროის განმავლობაში, რადგან საკისრებში ხახუნის გამო, მექანიკური მოძრაობის ენერგია თანდათან გადაიქცევა სითბოდ, სანამ ბორბალი არ გაჩერდება.

"სასარგებლო" სამუშაოს ნაკლებ სასარგებლო ენერგიის სითბოდ გადაქცევის ტენდენცია შეიძლება შევადაროთ სხვა პროცესს, რომელიც წარმოიქმნება სხვადასხვა გაზების შემცველი ორი ჭურჭლის შეერთებისას. საკმარისად დიდხანს ლოდინის შემდეგ, ორივე ჭურჭელში ვპოულობთ აირების ერთგვაროვან ნარევს; ბუნება მოქმედებს ისე, რომ სისტემის წესრიგი მცირდება. ამ არეულობის თერმოდინამიკურ ზომას ენტროპია ეწოდება, ხოლო თერმოდინამიკის მეორე კანონი შეიძლება სხვაგვარად ჩამოყალიბდეს: ბუნებაში პროცესები ყოველთვის ისე მიმდინარეობს, რომ სისტემის და მისი გარემოს ენტროპია იზრდება. ამრიგად, სამყაროს ენერგია რჩება მუდმივი, მაგრამ მისი ენტროპია მუდმივად იზრდება.

სითბო და ნივთიერებების თვისებები. სხვადასხვა ნივთიერებას აქვს თერმული ენერგიის შესანახად განსხვავებული უნარი; ეს დამოკიდებულია მათ მოლეკულურ სტრუქტურასა და სიმკვრივეზე. სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა ნივთიერების ერთეული მასის ტემპერატურის ერთი გრადუსით ასამაღლებლად, მისი ეწოდება სპეციფიკური სითბოს მოცულობა. სითბოს სიმძლავრე დამოკიდებულია იმ პირობებზე, რომელშიც ნივთიერება მდებარეობს. მაგალითად, ბუშტში ერთი გრამი ჰაერის 1 კ-ით გასათბობად საჭიროა მეტი სითბო, ვიდრე იმავე გათბობისთვის ხისტი კედლებით დალუქულ ჭურჭელში, რადგან ბუშტზე გადაცემული ენერგიის ნაწილი იხარჯება ჰაერის გაფართოებაზე. არა გათბობაზე. ამიტომ, კერძოდ, გაზების სითბოს სიმძლავრე იზომება ცალკე მუდმივ წნევაზე და მუდმივ მოცულობაზე.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება მოლეკულების ქაოტური მოძრაობის ინტენსივობა; ნივთიერებების უმეტესობა გახურებისას ფართოვდება. ნივთიერების გაფართოების ხარისხს, როდესაც ტემპერატურა იზრდება 1 K-ით, ეწოდება თერმული გაფართოების კოეფიციენტი.

იმისათვის, რომ ნივთიერება გადავიდეს ერთი ფაზის მდგომარეობიდან მეორეში, მაგალითად, მყარიდან თხევადში (და ზოგჯერ უშუალოდ აირისებრში), მან უნდა მიიღოს გარკვეული რაოდენობის სითბო. თუ თქვენ გაათბეთ მყარი, მისი ტემპერატურა მოიმატებს მანამ, სანამ არ დაიწყებს დნობას; სანამ დნობა არ დასრულდება, სხეულის ტემპერატურა დარჩება მუდმივი, სითბოს დამატების მიუხედავად. ნივთიერების ერთეული მასის დნობისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობას შერწყმის სითბო ეწოდება. თუ სითბოს შემდგომს მიმართავთ, გამდნარი ნივთიერება გაცხელდება ადუღებამდე. მოცემულ ტემპერატურაზე სითხის ერთეული მასის აორთქლებისთვის საჭირო სითბოს რაოდენობას აორთქლების სითბო ეწოდება.

მოლეკულური კინეტიკური თეორია. მოლეკულური კინეტიკური თეორია ხსნის ნივთიერების მაკროსკოპულ თვისებებს მიკროსკოპულ დონეზე ამ ნივთიერების შემადგენელი ატომებისა და მოლეკულების ქცევის გათვალისწინებით. ამ შემთხვევაში, გამოიყენება სტატისტიკური მიდგომა და კეთდება გარკვეული ვარაუდები თავად ნაწილაკებთან და მათი მოძრაობის ბუნებასთან დაკავშირებით. ამრიგად, მოლეკულები განიხილება მყარ ბურთებად, რომლებიც აირისებრ გარემოში არიან უწყვეტ ქაოტურ მოძრაობაში და ფარავს მნიშვნელოვან დისტანციას ერთი შეჯახებიდან მეორემდე. შეჯახება ითვლება ელასტიურად და ხდება ნაწილაკებს შორის, რომელთა ზომა მცირეა, მაგრამ მათი რაოდენობა ძალიან დიდი. არცერთი რეალური აირი ზუსტად არ შეესაბამება ამ მოდელს, მაგრამ გაზების უმეტესობა საკმაოდ ახლოსაა მასთან, რაც განსაზღვრავს მოლეკულური კინეტიკური თეორიის პრაქტიკულ მნიშვნელობას.

ამ იდეებზე დაყრდნობით და სტატისტიკური მიდგომის გამოყენებით, მაქსველმა გამოიტანა გაზის მოლეკულების სიჩქარის განაწილება შეზღუდული მოცულობით, რომელსაც მოგვიანებით მისი სახელი ეწოდა. ეს განაწილება გრაფიკულად არის წარმოდგენილი ნახ. 7 წყალბადის გარკვეული მოცემული მასისთვის 100 და 1000 ტემპერატურაზე

° C. ორდინატთა ღერძი წარმოადგენს მოლეკულების რაოდენობას, რომლებიც მოძრაობენ აბსცისის ღერძზე მითითებული სიჩქარით. ნაწილაკების საერთო რაოდენობა უდრის თითოეული მრუდის ქვეშ არსებული ფართობის და ორივე შემთხვევაში ერთნაირია. გრაფიკი გვიჩვენებს, რომ ნაწილაკების უმეტესობას აქვს საშუალო სიდიდესთან მიახლოებული სიჩქარე და მხოლოდ მცირე რაოდენობას აქვს ძალიან მაღალი ან დაბალი სიჩქარე. საშუალო სიჩქარეები მითითებულ ტემპერატურაზე 20003000 მ/წმ-ის ფარგლებშია, ე.ი. ძალიან დიდი.

ასეთი სწრაფად მოძრავი აირის მოლეკულების დიდი რაოდენობა საკმაოდ გაზომვადი ძალით მოქმედებს მიმდებარე სხეულებზე. მიკროსკოპული ძალები, რომლითაც მრავალი გაზის მოლეკულა ურტყამს კონტეინერის კედლებს, ემატება მაკროსკოპულ რაოდენობას, რომელსაც წნევა ეწოდება. როდესაც ენერგია მიეწოდება გაზს (ტემპერატურა იზრდება), მისი მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია იზრდება, გაზის ნაწილაკები უფრო ხშირად და უფრო ძლიერად ეცემა კედლებს, იზრდება წნევა და თუ კედლები არ არის მთლიანად ხისტი, მაშინ ისინი იჭიმება და მოცულობა. გაზის რაოდენობა იზრდება. ამრიგად, მოლეკულური კინეტიკური თეორიის საფუძვლად არსებული მიკროსკოპული სტატისტიკური მიდგომა საშუალებას გვაძლევს ავხსნათ თერმული გაფართოების ფენომენი, რომელიც განვიხილეთ.

მოლეკულური კინეტიკური თეორიის კიდევ ერთი შედეგია კანონი, რომელიც აღწერს გაზის თვისებებს, რომელიც აკმაყოფილებს ზემოთ ჩამოთვლილ მოთხოვნებს. ეს არის ე.წ. მდგომარეობის განტოლება იდეალური გაზიაკავშირებს ერთი მოლი აირის წნევას, მოცულობას და ტემპერატურას და აქვს თანასწორობის ფორმა

PV = RT, სადაც პ წნევა, V მოცულობა, თ ტემპერატურა და რ უნივერსალური გაზის მუდმივი ტოლია (8.31441± 0.00026) ჯ/(მოლ H TO). იხილეთ ასევემოლეკულური კინეტიკური თეორია;თერმოდინამიკა. ᲡᲘᲗᲑᲝᲡ ᲒᲐᲓᲐᲪᲔᲛᲐ სითბოს გადაცემა არის სითბოს გადაცემის პროცესი სხეულში ან ერთი სხეულიდან მეორეზე ტემპერატურის განსხვავების გამო. სითბოს გადაცემის ინტენსივობა დამოკიდებულია ნივთიერების თვისებებზე, ტემპერატურის სხვაობაზე და ემორჩილება ბუნების ექსპერიმენტულად დადგენილ კანონებს. ეფექტურად მოქმედი გათბობის ან გაგრილების სისტემების, სხვადასხვა ძრავების, ელექტროსადგურების და თბოიზოლაციის სისტემების შესაქმნელად, თქვენ უნდა იცოდეთ სითბოს გადაცემის პრინციპები. ზოგიერთ შემთხვევაში სითბოს გაცვლა არასასურველია (დნობის ღუმელების თბოიზოლაცია, კოსმოსური ხომალდები და ა.შ.), ზოგ შემთხვევაში კი რაც შეიძლება დიდი უნდა იყოს (ორთქლის ქვაბები, სითბოს გადამცვლელები, სამზარეულოს ჭურჭელი).

სითბოს გადაცემის სამი ძირითადი ტიპი არსებობს: გამტარობა, კონვექცია და სხივური სითბოს გადაცემა.

თბოგამტარობა. თუ სხეულის შიგნით ტემპერატურის სხვაობაა, მაშინ თერმული ენერგია სხეულის ცხელი ნაწილიდან ცივ ნაწილში გადადის. ამ ტიპის სითბოს გადაცემას, რომელიც გამოწვეულია თერმული მოძრაობებითა და მოლეკულების შეჯახებით, თბოგამტარობა ეწოდება; საკმარისად მაღალი ტემპერატურამყარ სხეულებში მისი დაკვირვება შესაძლებელია ვიზუალურად. ამრიგად, როდესაც ფოლადის ღერო ერთი ბოლოდან თბება გაზის სანთურის ალიში, თერმული ენერგია გადადის ღეროს გასწვრივ და ბზინვარება ვრცელდება გახურებული ბოლოდან გარკვეულ მანძილზე (ნაკლებად ინტენსიური გათბობის ადგილიდან დაშორებით. ).

თბოგამტარობის გამო სითბოს გადაცემის ინტენსივობა დამოკიდებულია ტემპერატურის გრადიენტზე, ე.ი. ურთიერთობა

დ T/D x ტემპერატურის სხვაობა ღეროს ბოლოებში მათ შორის მანძილამდე. ეს ასევე დამოკიდებულია ღეროს კვეთის ფართობზე (მ 2 ) და მასალის თბოგამტარობის კოეფიციენტი[ შესაბამის ერთეულებში ვ/(მ CH K)] . ამ სიდიდეებს შორის კავშირი მიღებულია ფრანგი მათემატიკოსის ჟ. ფურიეს მიერ და აქვს შემდეგი ფორმა:სად ქ სითბოს ნაკადი, კ თბოგამტარობის კოეფიციენტი და ა განივი ფართობი. ამ ურთიერთობას ეწოდება ფურიეს კანონი თბოგამტარობის შესახებ; მასში მინუს ნიშანი მიუთითებს, რომ სითბო გადადის ტემპერატურის გრადიენტის საწინააღმდეგო მიმართულებით.

ფურიეს კანონიდან გამომდინარეობს, რომ სითბოს ნაკადი შეიძლება შემცირდეს ერთ-ერთი სიდიდის შემცირებით: თბოგამტარობის კოეფიციენტი, ფართობი ან ტემპერატურის გრადიენტი. ზამთრის პირობებში შენობისთვის ეს უკანასკნელი მნიშვნელობები პრაქტიკულად მუდმივია და, შესაბამისად, ოთახში სასურველი ტემპერატურის შესანარჩუნებლად, რჩება კედლების თბოგამტარობის შემცირება, ე.ი. გააუმჯობესოს მათი თბოიზოლაცია.

ცხრილში მოცემულია ზოგიერთი ნივთიერებისა და მასალის თბოგამტარობის კოეფიციენტები. ცხრილიდან ჩანს, რომ ზოგიერთი ლითონი ბევრად უკეთ ატარებს სითბოს, ვიდრე სხვები, მაგრამ ყველა მათგანი მნიშვნელოვნად უკეთესი სითბოს გამტარია, ვიდრე ჰაერი და ფოროვანი მასალები.

ზოგიერთი ნივთიერებისა და მასალის თბოგამტარობა
ნივთიერებები და მასალები	თბოგამტარობა, W/(m× K)

ალუმინის
ბრინჯაო
ბისმუტი
ვოლფრამი
რკინა
ოქრო
კადმიუმი
მაგნიუმი
სპილენძი
დარიშხანი
ნიკელი
პლატინა
მერკური
ტყვია
თუთია
სხვა მასალები
აზბესტი
ბეტონი
Საჰაერო
ეიდერი ქვემოთ (ფხვიერი)
ხის კაკალი)
მაგნეზია (MgO)
ნახერხი
რეზინი (სპონგი)
მიკა
შუშა
ნახშირბადი (გრაფიტი)

ლითონების თბოგამტარობა განპირობებულია ბროლის ბადის ვიბრაციებითა და მოძრაობის გამო დიდი რიცხვითავისუფალი ელექტრონები (ზოგჯერ ელექტრონულ გაზს უწოდებენ). ელექტრონების მოძრაობა ასევე პასუხისმგებელია ლითონების ელექტროგამტარობაზე, ამიტომ გასაკვირი არ არის, რომ სითბოს კარგი გამტარები (მაგალითად, ვერცხლი ან სპილენძი) ასევე კარგი ელექტროგამტარები არიან.

მრავალი ნივთიერების თერმული და ელექტრული წინააღმდეგობა მკვეთრად მცირდება, როდესაც ტემპერატურა ეცემა თხევადი ჰელიუმის ტემპერატურაზე (1,8 K). ეს ფენომენი, რომელსაც სუპერგამტარობა ეწოდება, გამოიყენება მრავალი მოწყობილობის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად, მიკროელექტრონული მოწყობილობებიდან ელექტროგადამცემი ხაზებით და დიდი ელექტრომაგნიტებით დამთავრებული. იხილეთ ასევეზეგამტარობა.

კონვექცია. როგორც უკვე ვთქვით, როდესაც სითბო მიეწოდება სითხეს ან აირს, მოლეკულური მოძრაობის ინტენსივობა იზრდება და შედეგად, წნევა იზრდება. თუ სითხე ან აირი არ არის შეზღუდული მოცულობით, მაშინ ის ფართოვდება; თხევადი (აირის) ადგილობრივი სიმკვრივე მცირდება და აწევის (არქიმედეს) ძალების წყალობით, საშუალო გახურებული ნაწილი მაღლა მოძრაობს (რის გამოც ოთახში თბილი ჰაერი ადის რადიატორებიდან ჭერამდე). ამ ფენომენს კონვექცია ეწოდება. იმისათვის, რომ არ დაკარგოთ გათბობის სისტემის სითბო, თქვენ უნდა გამოიყენოთ თანამედროვე გამათბობლები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ჰაერის იძულებით მიმოქცევას.

კონვექციური სითბოს ნაკადი გამათბობელიდან გაცხელებულ გარემოში დამოკიდებულია მოლეკულების გადაადგილების საწყის სიჩქარეზე, სიმკვრივეზე, სიბლანტეზე, თბოგამტარობაზე და სითბოს სიმძლავრეზე და საშუალოზე; ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია გამათბობელის ზომა და ფორმა. შესაბამის სიდიდეებს შორის ურთიერთობა ემორჩილება ნიუტონის კანონს

q = ჰა ( T W- TҐ ), სადაც ქ სითბოს ნაკადი (იზომება ვატებში), ა სითბოს წყაროს ზედაპირის ფართობი (მ 2), T Wდა თხ წყაროს და მისი გარემოს ტემპერატურა (კელვინში). კონვექციური სითბოს გადაცემის კოეფიციენტი თ დამოკიდებულია გარემოს თვისებებზე, მისი მოლეკულების საწყისი სიჩქარეზე, აგრეთვე სითბოს წყაროს ფორმაზე და იზომება W/(m) ერთეულებში 2 ჰ TO).

მაგნიტუდა

თ არ არის იგივე იმ შემთხვევებზე, როდესაც გამათბობელის ირგვლივ ჰაერი სტაციონარულია (თავისუფალი კონვექცია) და როცა იგივე გამათბობელი ჰაერის ნაკადშია (იძულებითი კონვექცია). მილის მეშვეობით სითხის გადინების ან ბრტყელი ზედაპირის ირგვლივ სითხის გადინების მარტივ შემთხვევებში, კოეფიციენტი თ შეიძლება თეორიულად გამოითვალოს. თუმცა, ჯერჯერობით ვერ მოხერხდა გარემოს ტურბულენტური ნაკადისთვის კონვექციის პრობლემის ანალიტიკური გადაწყვეტის პოვნა. ტურბულენტობა არის სითხის (გაზის) რთული მოძრაობა, ქაოტური მასშტაბით, რომელიც მნიშვნელოვნად აღემატება მოლეკულურს.

თუ გახურებული (ან, პირიქით, ცივი) სხეული მოთავსებულია სტაციონარულ გარემოში ან ნაკადში, მაშინ მის გარშემო წარმოიქმნება კონვექციური დინებები და სასაზღვრო ფენა. ტემპერატურა, წნევა და მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარე ამ ფენაში მნიშვნელოვან როლს თამაშობს კონვექციური სითბოს გადაცემის კოეფიციენტის განსაზღვრაში.

კონვექცია მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული სითბოს გადამცვლელების, კონდიცირების სისტემების, მაღალსიჩქარიანი თვითმფრინავების და მრავალი სხვა აპლიკაციის დიზაინში. ყველა ასეთ სისტემაში თბოგამტარობა წარმოიქმნება კონვექციის პარალელურად, როგორც მყარ სხეულებს შორის, ასევე მათ გარემოში. ზე ამაღლებული ტემპერატურარადიაციული სითბოს გადაცემას ასევე შეუძლია მნიშვნელოვანი როლი შეასრულოს.

რადიაციული სითბოს გადაცემა. სითბოს გადაცემის მესამე ტიპი, რადიაციული სითბოს გადაცემა, განსხვავდება გამტარობისა და კონვექციისგან იმით, რომ სითბო ამ შემთხვევაში შეიძლება გადავიდეს ვაკუუმში. მისი მსგავსება სითბოს გადაცემის სხვა მეთოდებთან არის ის, რომ ის ასევე გამოწვეულია ტემპერატურის სხვაობით. თერმული გამოსხივება ერთ-ერთი სახეობაა ელექტრომაგნიტური რადიაცია. მისი სხვა ტიპის რადიოტალღა, ულტრაიისფერი და გამა გამოსხივება წარმოიქმნება ტემპერატურის სხვაობის არარსებობის შემთხვევაში.

ნახ. სურათი 8 გვიჩვენებს თერმული (ინფრაწითელი) გამოსხივების ენერგიის დამოკიდებულებას ტალღის სიგრძეზე. თერმული გამოსხივება შეიძლება თან ახლდეს ხილული სინათლის გამოსხივებას, მაგრამ მისი ენერგია მცირეა სპექტრის უხილავი ნაწილის გამოსხივების ენერგიასთან შედარებით.

გამტარობითა და კონვექციის საშუალებით სითბოს გადაცემის ინტენსივობა ტემპერატურის პროპორციულია, ხოლო გასხივოსნებული სითბოს ნაკადი პროპორციულია ტემპერატურის მეოთხე ხარისხთან და ემორჩილება სტეფან ბოლცმანის კანონს.

სადაც, როგორც ადრე, ქ სითბოს ნაკადი (ჯოულებში წამში, ე.ი. W-ში), ა სხივური სხეულის ზედაპირის ფართობი (მ 2) და T 1 და T 2 გამოსხივებული სხეულის ტემპერატურა (კელვინში) და ამ გამოსხივების შთანთქმის გარემო. კოეფიციენტი ს ეწოდება სტეფან ბოლცმანის მუდმივი და უდრის (5.66961± 0,00096) H 10 8 W/(m 2 H K 4). შემოიღო სამართალი თერმული გამოსხივებამოქმედებს მხოლოდ იდეალური ემიტერისთვის - ეგრეთ წოდებული აბსოლუტურად შავი სხეულისთვის. არცერთი რეალური სხეული არ არის ასეთი, თუმცა ბრტყელი შავი ზედაპირი თავისი თვისებებით უახლოვდება აბსოლუტურად შავ სხეულს. მსუბუქი ზედაპირები შედარებით სუსტად ასხივებენ. მრავალრიცხოვანი „ნაცრისფერი“ სხეულების იდეალურობიდან გადახრის გასათვალისწინებლად, შტეფან ბოლცმანის კანონის აღწერის გამოთქმის მარჯვენა მხარეს არის შემოტანილი კოეფიციენტი ერთობაზე ნაკლები, რომელსაც ემისია. ბრტყელი შავი ზედაპირისთვის ეს კოეფიციენტი შეიძლება მიაღწიოს 0,98-ს, ხოლო გაპრიალებული ლითონის სარკესთვის ის არ აღემატება 0,05-ს. შესაბამისად, რადიაციის შთანთქმის უნარი მაღალია შავი სხეულისთვის და დაბალი - სარკისებური სხეულისთვის.

საცხოვრებელი და საოფისე ფართები ხშირად თბება მცირე ელექტრო სითბოს გამოსხივებით; მათი სპირალების მოწითალო ბზინვარება ჩანს თერმული გამოსხივება, სპექტრის ინფრაწითელი ნაწილის კიდესთან ახლოს. ოთახი თბება სითბოთი, რომელსაც ძირითადად ატარებს გამოსხივების უხილავი, ინფრაწითელი ნაწილი. ღამის ხედვის მოწყობილობებში

^ ეს მოწყობილობები იყენებენ თერმული გამოსხივების წყაროს და ინფრაწითელი გამოსხივებისადმი მგრძნობიარე მიმღებს, რაც საშუალებას აძლევს ადამიანს დაინახოს სიბნელეში.

მზე თერმული ენერგიის მძლავრი გამომცემელია; ის დედამიწას 150 მილიონი კილომეტრის მანძილზეც კი ათბობს. მზის რადიაციის ინტენსივობა, რომელიც ყოველწლიურად აღირიცხება სადგურების მიერ, რომლებიც მდებარეობს მსოფლიოს მრავალ კუთხეში, არის დაახლოებით 1,37 ვტ.

/ მ 2 . მზის ენერგია დედამიწაზე სიცოცხლის წყაროა. მიმდინარეობს მისი ყველაზე ეფექტური გამოყენების გზების ძიება. მზის პანელები შეიქმნა სახლების გასათბობად და საყოფაცხოვრებო საჭიროებისთვის ელექტროენერგიის წარმოებისთვის. სითბოს როლი და მისი გამოყენება გლობალური სითბოს გაცვლის პროცესები არ შემოიფარგლება დედამიწის გათბობით მზის გამოსხივებით. ატმოსფეროში მასიური კონვექციური დენები განსაზღვრავს ამინდის პირობების ყოველდღიურ ცვლილებებს მთელს მსოფლიოში. ეკვატორულ და პოლარულ რეგიონებს შორის ატმოსფეროში ტემპერატურის ცვლილებები, დედამიწის ბრუნვით გამოწვეული კორიოლისის ძალებთან ერთად, იწვევს მუდმივად ცვალებადი კონვექციური დინებების გამოჩენას, როგორიცაა სავაჭრო ქარები, რეაქტიული ნაკადები და თბილი და ცივი ფრონტები. იხილეთ ასევეკლიმატი; მეტეოროლოგია და კლიმატოლოგია.

სითბო თითქმის ყველა წარმოების პროცესში შეუცვლელი მონაწილეა. აღვნიშნოთ მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანი, როგორიცაა ლითონების დნობა და გადამუშავება, ძრავის მუშაობა, საკვების წარმოება, ქიმიური სინთეზი, ზეთის გადამუშავება და მრავალფეროვანი ნივთების დამზადება - აგურიდან და ჭურჭლით დამთავრებული მანქანებით და ელექტრონული მოწყობილობებით დამთავრებული.

ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი სითბოს ძრავა არის ორთქლის ტურბინა, რომელიც ახორციელებს რანკინის ციკლის ნაწილს, რომელიც გამოიყენება თანამედროვე ელექტროსადგურებში. ამ ციკლის გამარტივებული დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 9. სამუშაო სითხის წყალი გადაიქცევა ზედმეტად გაცხელებულ ორთქლად წიაღისეული საწვავის (ქვანახშირის, ნავთობის ან ბუნებრივი აირის) წვით გაცხელებულ ორთქლის ქვაბში. ორთქლი მაღალი წნევაბრუნავს ორთქლის ტურბინის ლილვს, რომელიც ამოძრავებს გენერატორს, რომელიც გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას. გამონაბოლქვი ორთქლი კონდენსირდება გამდინარე წყლით გაგრილებისას, რომელიც შთანთქავს სითბოს ნაწილს, რომელიც არ გამოიყენება რანკინის ციკლში. შემდეგ წყალი მიეწოდება გამაგრილებელ კოშკს, საიდანაც სითბოს ნაწილი ატმოსფეროში გამოიყოფა. კონდენსატი ბრუნდება ორთქლის ქვაბში ტუმბოს გამოყენებით და მთელი ციკლი მეორდება.

რანკინის ციკლის ყველა პროცესი ასახავს ზემოთ აღწერილი თერმოდინამიკის პრინციპებს. კერძოდ, მეორე კანონის მიხედვით, ელექტროსადგურის მიერ მოხმარებული ენერგიის ნაწილი უნდა დაიფანტოს გარემოში სითბოს სახით. გამოდის, რომ წიაღისეული საწვავში თავდაპირველი ენერგიის დაახლოებით 68% იკარგება ამ გზით. ელექტროსადგურის ეფექტურობის შესამჩნევი მატება შეიძლება მიღწეული იყოს მხოლოდ ორთქლის ქვაბის ტემპერატურის გაზრდით (რაც შემოიფარგლება მასალების სითბოს წინააღმდეგობით) ან იმ გარემოს ტემპერატურის შემცირებით, სადაც სითბო მიდის, ე.ი. ატმოსფერო.

კიდევ ერთი თერმოდინამიკური ციკლი, რომელსაც აქვს დიდი მნიშვნელობაჩვენში Ყოველდღიური ცხოვრების, ეს არის ორთქლ-კომპრესორის სამაცივრო რანკინის ციკლი, რომლის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 10. მაცივრებსა და საყოფაცხოვრებო კონდიციონერებში მისი უზრუნველსაყოფად ენერგია მიეწოდება გარედან. კომპრესორი ზრდის მაცივრის სამუშაო ნივთიერების ტემპერატურასა და წნევას: ფრეონი, ამიაკი ან ნახშირორჟანგი. ზედმეტად გაცხელებული გაზი მიეწოდება კონდენსატორს, სადაც ის კლებულობს და კონდენსირდება, ათავისუფლებს სითბოს გარემოში. კონდენსატორის მილებიდან გამომავალი სითხე გადის აორთქლების სარქველში და მისი ნაწილი აორთქლდება, რასაც თან ახლავს ტემპერატურის მკვეთრი ვარდნა. ამაორთქლებელი იღებს სითბოს მაცივრის კამერიდან, რომელიც ათბობს სამუშაო სითხეს მილებში; ეს სითხე კომპრესორის მიერ მიეწოდება კონდენსატორს და ციკლი კვლავ მეორდება.

გაგრილების ციკლი ნაჩვენებია ნახ. 10, ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სითბოს ტუმბოში. ასეთი სითბური ტუმბოები ზაფხულში ცხელ ატმოსფერულ ჰაერს ასხივებენ და ოთახს აუმჯობესებენ, ზამთარში კი პირიქით, ცივი ჰაერიდან იღებენ სითბოს და ათბობენ ოთახს.

ბირთვული რეაქციები სითბოს მნიშვნელოვანი წყაროა ისეთი მიზნებისთვის, როგორიცაა ელექტროენერგიის გამომუშავება და ტრანსპორტირება. 1905 წელს ა. აინშტაინმა აჩვენა, რომ მასა და ენერგია დაკავშირებულია ურთიერთობით

E = mc 2 , ე.ი. შეუძლიათ ერთმანეთში გარდაქმნა. სინათლის სიჩქარე გ ძალიან დიდი: 300 ათასი კმ/ თან. ეს ნიშნავს, რომ ნივთიერების მცირე რაოდენობასაც კი შეუძლია უზარმაზარი ენერგიის მიწოდება. ამრიგად, 1 კგ დაშლელი მასალისგან (მაგალითად, ურანი) თეორიულად შესაძლებელია იმ ენერგიის მიღება, რომელსაც 1 მგვტ სიმძლავრის ელექტროსადგური უზრუნველყოფს 1000 დღის უწყვეტი მუშაობის დროს. იხილეთ ასევეატომური სტრუქტურა; ღუმელი და ფაირბოქსის ტექნოლოგია; ᲔᲚᲔᲥᲢᲠᲝᲛᲐᲒᲜᲘᲢᲣᲠᲘ ᲠᲐᲓᲘᲐᲪᲘᲐ;სითბოს გადამცვლელი; ტურბინი; ფიზიკური რაოდენობების საზომი ერთეულები.ლიტერატურა ზემანსკი მ. ტემპერატურა ძალიან მაღალი და ძალიან დაბალია. მ., 1968 წ
პოლ რ. მექანიკა, აკუსტიკა და სითბოს შესწავლა. მ., 1971 წ
სმოროდინსკი ია.ა. ტემპერატურა. მ., 1981 წ
ფენ ჯ. მანქანები, ენერგია და ენტროპია. მ., 1986 წ
ატკინსი P.V. წესრიგი და უწესრიგობა ბუნებაში.მ., 1987 წ

თხევადი კალორიმეტრები

ამ ტიპის კალორიმეტრი, რომელიც ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ტექნოლოგიაში, არის მარტივი დიზაინით და მარტივი შენარჩუნება. გარეგან გამოწვეული რეაქციის შედეგად წარმოქმნილი სითბოს რაოდენობა ჯერ გადადის სარეაქციო ჭურჭელში (რომელშიც რეაქცია მოხდა) და შემდეგ თხევადი აბაზანაში. აბანოში არსებული სითხე განუწყვეტლივ ურევენ იმპულს, ამწევი ხრახნის ან ტუმბოების გამოყენებით, რაც აჩქარებს ტემპერატურის გათანაბრებას. აბანო მაქსიმალურად არის თერმულად იზოლირებული (დაცული) გარემოსგან. თხევადი აბაზანის ტემპერატურის ცვლილება არის გამოვლენილი სითბოს რაოდენობის საზომი. გახურებული მასების სითბოს სიმძლავრე არ უნდა იყოს ძალიან მაღალი, რათა უზრუნველყოფილი იყოს საკმარისი ტემპერატურის ცვლილება და გაზომვის პროცესი არ გაგრძელდეს ძალიან დიდხანს (რაც ზრდის სითბოს დაკარგვას).

ფიგურა თხევადი კალორიმეტრის მოწყობილობა.

თუ არსებობს მაღალი მოთხოვნები მუდმივ გარემო პირობებზე, მთელი კალორიმეტრი შეიძლება მოთავსდეს სხვა აბაზანაში და მასში ტემპერატურის სტაბილიზაცია მაღალი სიზუსტით მოხდეს საკონტროლო მარყუჟის გამოყენებით. ეს აუცილებელია, პირველ რიგში, იმ შემთხვევებში, როდესაც აუცილებელია ექსპერიმენტების ჩატარება გარემოს ტემპერატურისგან მნიშვნელოვნად განსხვავებულ ტემპერატურაზე.

ანალიზის ჩასატარებლად დაბალ ტემპერატურაზე (დაახლოებით -150°C-მდე), თხევადი აზოტი გამოიყენება როგორც გამაგრილებელი საშუალება. ამ შემთხვევაში, ყურადღება უნდა მიაქციოთ იმ ფაქტს, რომ მიმდებარე ტენიანი ჰაერის ყინვა არ არის დეპონირებული ნიმუშებზე ან ჭურჭელზე ნიმუშების შეცვლისას, რადგან მისმა ფენამ შეიძლება გავლენა მოახდინოს გაზომვის პროცესზე. ამის თავიდან ასაცილებლად, როდესაც კალორიმეტრი ღიაა, ნიმუში და ნიმუშის კონტეინერი იწმინდება ცივი აზოტის გაზით.

კალორიმეტრები ლითონის კორპუსით

ლითონის კალორიმეტრის დიზაინის ნახაზი დიაგრამა.

თუ საჭიროა კალორიმეტრიული კვლევების ჩატარება უფრო ფართო ტემპერატურის დიაპაზონში, მაშინ თხევადი კალორიმეტრები აღარ არის შესაფერისი. ლითონის კორპუსის შესაფერის კალორიმეტრებში სითბოს გადაცემული რაოდენობა შეიგრძნობა ლითონის ბლოკით (ვერცხლი, სპილენძი, ალუმინი), რომელიც ჩვეულებრივ გარემოს ტემპერატურაზეა. ეს კალორიმეტრი განკუთვნილია ძირითადად თხევადი და მყარი ნივთიერებების თბოტევადობის c, J/(kg*K) დასადგენად.

ნიმუში ჯერ გაცივდება კალორიმეტრის გარეთ სამაცივრო განყოფილებაან თბება ღუმელში და მდგრადი მდგომარეობის მიღწევის შემდეგ, ჩაშვებულია (ჩაშვებული) ლითონის ბლოკის ხვრელში. მოქმედების მეთოდიდან გამომდინარე, ასეთ მოწყობილობას უწოდებენ თავისუფალი ვარდნის კალორიმეტრს, ხოლო მასში მიმდინარე თერმოდინამიკური პროცესების ბუნებიდან გამომდინარე, მას ზოგჯერ გადაადგილების კალორიმეტრს უწოდებენ.

ასეთი შერევის დროს გადაცემული სითბოს რაოდენობა ნიმუშიდან (m1, c1, , პარამეტრებით) ლითონის ბლოკში (m2, c2, ) იწვევს ბლოკის ტემპერატურის გაზომვადი ცვლილებას. ეს შესაძლებელს ხდის ნიმუშის ჩვეულებრივ უცნობი სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრის განსაზღვრას იდეალური პირობები(გარემოსთან სითბოს გაცვლის არარსებობის შემთხვევაში) გამოსახულებიდან:

თავად ლითონის ბლოკი მდებარეობს ევაკუირებულ დევარის კოლბაში და ზოგჯერ თხევადი აბაზანაში. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, Ck კალორიმეტრის თბოტევადობის მისაღებად, აბაზანის თბოტევადობა Cw უნდა დაემატოს ლითონის ბლოკის C2 თბოტევადობას:

CK=C2+CW=c2m2+cWmW.

გაზომვის კალორიმეტრიული მეთოდები

ყველაზე ხშირად, კალორიმეტრები გამოიყენება მუდმივი გარემო პირობების რეჟიმში. ეს ძირითადად ეხება წვის კალორიმეტრების უმეტესობას, რომლებშიც რეაქციის დრო ძალიან მოკლეა. სანამ კალორიმეტრის შიდა ნაწილების ტემპერატურა იცვლება რეაქციის გამო, გარემოს ტემპერატურა რჩება მუდმივი. ხშირ შემთხვევაში, თერმოსტატული აბაზანა გამოიყენება. გარემო, რათა თავიდან იქნას აცილებული გავლენა გარე ჩარევის გაზომილ მნიშვნელობაზე - ტემპერატურის რყევები ოთახში, რადიაცია, ნაკაწრები და ა.შ.

ამ საზომი სქემის უპირატესობა არის აღჭურვილობის შედარებით დაბალი ღირებულება, რომლითაც შეიძლება შესრულდეს კალორიმეტრიული გაზომვების უმეტესი ნაწილი. მთავარ მინუსად უნდა ჩაითვალოს კალორიმეტრის სითბოს გაცვლა გარემოსთან, რაც ართულებს შედეგების ინტერპრეტაციას. ამ გაზომვის მეთოდს ყოველთვის უწოდებენ იზოპერიბოლს (დიათერმული). ნებისმიერ შემთხვევაში, მას არ შეიძლება ეწოდოს იზოთერმული, რომლის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ კალორიმეტრის ტემპერატურა რჩება მუდმივი რეაქციის დროს, როგორიცაა, მაგალითად, კალორიმეტრები, რომლებიც შექმნილია ფაზური გარდაქმნების გასაზომად.

ადიაბატური მეთოდი

თუ შესაძლებელია გარემოსთან სითბოს გაცვლის გამორიცხვა, ანუ პროცესის ადიაბატური მიმდინარეობის უზრუნველყოფა, მაშინ ექსპერიმენტის ჩატარება და შედეგების ინტერპრეტაცია გამარტივებულია და გაზომვის შედეგი უფრო ზუსტია, რადგან არ არის საჭირო ტემპერატურის მუდმივი ჩაწერა. ცვლილებები და გამოთვალეთ შესწორებები. გარდა ამისა, ამ შემთხვევაში შეიძლება დაშვებული იყოს ტემპერატურის ოდნავ მეტი მატება კალორიმეტრულ ჭურჭელში; არაადიაბატური მოწყობილობებისთვის ეს მიუღებელია გაზრდილი სითბოს დანაკარგების გამო.

კალორიმეტრულ ჭურჭელსა და მის უშუალო გარემოს (ჩვეულებრივ თხევადი აბანოს) შორის სითბოს გაცვლის აღმოსაფხვრელად, აბაზანის ტემპერატურა მუდმივად უნდა იყოს მორგებული ჭურჭლის შიგნით ტემპერატურის ცვლილების შესაბამისად. ელექტრონული რეგულატორის (მონიტორინგის მიკროსქემის) გამოყენებით, შეგიძლიათ მუდმივად შეინარჩუნოთ განსხვავება ამ ტემპერატურას შორის თითქმის ნულის ტოლი. ეს ზრდის საზომი აღჭურვილობის ღირებულებას, რაც დამოკიდებულია გაზომვის საჭირო სიზუსტეზე.

აღჭურვილობის ელემენტები უნდა იყოს სწრაფი მოქმედების და დარჩეს სტაბილური დიდი ხნის განმავლობაში (აქვს მინიმალური დრიფტი). სერვო კონტროლის მარყუჟის მკვდარი ზონა უნდა იყოს ±10-3-დან ±10-5 K-მდე დიაპაზონში. ნებისმიერი დაბალი ინერციის ელექტრული კონტაქტის თერმომეტრი შეიძლება გამოყენებულ იქნას საზომ მოწყობილობებად, რომლებიც ხიდის წრედთან მიერთებისას იძლევა იმპულსი კონტროლერისთვის გათბობის სიმძლავრის შესაცვლელად. გათბობა ხორციელდება ან ელექტრული წინააღმდეგობის სპირალის გამოყენებით, ან უშუალოდ თხევადი აბანოში, რომელიც სუსტი დისოციაციის წყალობით მოქმედებს როგორც გამათბობელი წინააღმდეგობა (ე.წ. ელექტროლიტური გათბობა). ეს მეორე მეთოდი პრაქტიკულად ინერციულია. შედეგის მიღება შესაძლებელია ელექტრული ტემპერატურის გაზომვის არსებული საშუალებების გამოყენებით ან დამატებით დაყენებული თხევადი თერმომეტრის (Beckman) გამოყენებით.

ადიაბატური გაზომვის მეთოდი შესაფერისია ძირითადად ნელი პროცესების შესასწავლად, რომლებიც მოიცავს თერმული ეფექტებს. სითბოს რაოდენობის სწრაფი ცვლილებით (წვის კალორიმეტრებში) ტემპერატურის გათანაბრების ინერცია იმდენად უარყოფით გავლენას ახდენს, რომ ჩვეულებრივი არაადიაბატური მეთოდების სიზუსტეც კი არ არის მიღწეული. თუმცა, გათბობის ელემენტების და ტემპერატურის სენსორების დაბალი სითბური სიმძლავრის უზრუნველსაყოფად და აბაზანის სითხის ინტენსიური შერევით, შესაძლებელია სხვადასხვა დროის მუდმივების მცირე მნიშვნელობების მიღება (ინერციის შემცირება).

კომპენსაციის მეთოდი

კომპენსაციის პრინციპზე დაფუძნებული დიფერენციალური ან ორმაგი კალორიმეტრების გამოყენებით შესაძლებელია მნიშვნელოვნად აღმოიფხვრას გარე ზემოქმედება გაზომვის პროცესზე. ორი იდენტური კალორიმეტრიული ჭურჭელი იდენტური დამხმარე მოწყობილობებით მოთავსებულია იმავე პირობებში გარემოში. ერთ ჭურჭელში შესასწავლი პროცესი მიმდინარეობს თერმული ეფექტით, ხოლო მეორე ჭურჭელი, თვალთვალის კონტროლის სისტემის გამოყენებით, თბება ისე, რომ გარემოსთვის სითბოს დაკარგვა ორივე გემისთვის ერთნაირია. ამრიგად, მიწოდებული გათბობის სიმძლავრე შეიძლება პირდაპირ დამოკიდებული იყოს შესწავლილი პროცესის დროს გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობაზე. ამ შემთხვევაში, ექსპერიმენტული გაზომვის ამოცანა გადადის სხვა ზონაში და მცირდება მიწოდებული ელექტრო გათბობის სიმძლავრის ძალიან ზუსტ განსაზღვრებამდე (W*s, J):

დიფერენციალური კალორიმეტრი გამოიყენება განსაკუთრებით ადიაბატურ გარემო პირობებში, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც მოსალოდნელია სითბოს რაოდენობის ძალიან მცირე ან ძალიან ნელი ცვლილებები. ენდოთერმული პროცესებისთვის საკმარისია ერთი კალორიმეტრიული ჭურჭელი. სითბოს მიწოდება კონტროლდება ისე, რომ ჭურჭელში ტემპერატურა ყოველთვის იგივე რჩება (იზოთერმული მეთოდი). დიფერენციალური კალორიმეტრების მინუსი არის აღჭურვილობის მაღალი ღირებულება და გაზომვის ტექნოლოგია.

წვის კალორიმეტრები

თბოელექტროსადგურებში გამოყენებული საწვავი გამოკვლეულია მისი კალორიული მნიშვნელობის H (ჯ/კგ) დასადგენად. ეს მაჩვენებელი საჭიროა ეფექტურობის ფაქტორების დასადგენად, ეფექტურობის შესასწავლად და სხვადასხვა დანადგარებში მოხმარებული ენერგიის გამოსათვლელად, აგრეთვე წვის პროცესის ოპტიმალური კონტროლისთვის. წვადი კომპონენტების შემადგენლობის მნიშვნელოვანი რყევები ხშირად საჭიროებს კალორიული ღირებულების მუდმივ განსაზღვრას.

როდესაც ნივთიერება მთლიანად იწვის, გამოიყოფა გარკვეული რაოდენობის სითბო Q (წვის სითბო). თუ მას გაყოფთ t მასაზე (ან მოცულობაზე ნორმალურ პირობებში Vn), მიიღებთ წვის (სპეციფიკურ) სითბოს:

წვის პროდუქტების მდგომარეობიდან გამომდინარე, განასხვავებენ წვის სითბოს ორ ტიპს: უფრო მაღალი H0 და ქვედა H0, რომლებსაც ასევე უწოდებენ წვის სითბოს და კალორიულობას. წვის ქვედა სითბოს განსაზღვრისას არც წყლის წარმოქმნილი დროს ქიმიური რეაქციები, უნდა იყოს ორთქლის მდგომარეობაში. განსხვავება ორივე სითბოს H0 - Ni შეესაბამება შედედებული წყლის აორთქლების სითბოს (CO - კონდენსატის ინდექსი) r, რომელიც უდრის 2,441 მჯ/კგ.

მყარი და თხევადი საწვავისთვის, წყლის მიღებული რაოდენობა შეიძლება განისაზღვროს ელემენტარული ანალიზის საფუძველზე, ხოლო აირისებრი საწვავის წვისას, კონდენსატის რაოდენობის გაზომვით.

სამრეწველო ღუმელებში წვის პროდუქტების ტემპერატურა ყოველთვის აღემატება წყლის დუღილის წერტილს. მაშასადამე, მხოლოდ Ni-ის დაბალი გათბობის ღირებულებაა, როგორც წესი, საინტერესო, რადგან წყლის კონდენსაციის სითბოს გამოყენება შეუძლებელია.

წვის კალორიმეტრები მყარი და სითხეებისთვის

სწრაფი წვის პროცესებისთვის შემუშავებულია თხევადი კალორიმეტრის სპეციალური ფორმა - ე.წ. ბერტელოტის ბომბის კალორიმეტრი (ნახ. 3).

კალორიმეტრიული ბომბის ნახაზი დიზაინი.

ნივთიერების მცირე, ზუსტად გაზომილი რაოდენობის წვა ხდება მუდმივი მოცულობით დალუქულ ბომბში მაქსიმალურად სუფთა ჟანგბადის ატმოსფეროში ~30 ატმ (3 მპა) წნევის ქვეშ. შევსებული ბომბი მოთავსებულია კალორიმეტრის თხევად აბაზანაში, რომელიც შთანთქავს გამოთავისუფლებულ წვის სითბოს.

მყარიჩვეულებრივ დაჭერით პატარა ბრიკეტებად (ტაბლეტებად) და იწონიდნენ ძალიან ზუსტად. მიზანშეწონილია ცუდად წვის ნივთიერებების შერევა კარგად წვის სითხეებთან ცნობილი კალორიული ღირებულებით (მაგალითად, ბენზოინის მჟავა). თხევადი ნივთიერებები თავსდება პლატინის ან კვარცისგან დამზადებულ ჭიქებში (ნავებს) ან პატარა პლასტმასის კაფსულებში. ყდაზე, რომელიც ბომბის სხეულზეა მიბმული, განთავსებულია კვლევისთვის საჭირო ყველა მოწყობილობა: ჟანგბადის მიწოდებისა და წვის პროდუქტების მოსაშორებელი სარქველები, ნიმუშების დამჭერები და ელექტრო აალებადი. აალება ხდება თხელი პლატინის მავთულის ელექტროენერგიის მიწოდებით. აალებაზე მიწოდებული სითბო ზუსტად უნდა გაიზომოს ისე, რომ მხედველობაში იქნას მიღებული ექსპერიმენტული შედეგების ინტერპრეტაციისას. ბომბის კალორიმეტრში განისაზღვრება წვის უფრო მაღალი სითბო H0. შემოწმებისას კალორიმეტრი C-ის თერმული ეკვივალენტი განისაზღვრება საცნობარო ნივთიერების დაწვით (მაგალითად, ბენზოის მჟავა) ან ელექტრო გამათბობელი მოწყობილობის გამოყენებით.

აირისებრი ნივთიერებების წვის კალორიმეტრი

აირისებრი მედიის წვის სითბოს განსაზღვრის სხვადასხვა მეთოდი არსებობს. ყველა მათგანი, მყარი და თხევადი ნივთიერებების ბომბის კალორიმეტრისგან განსხვავებით, ეფუძნება უწყვეტ გაზომვას. გამოყენებული გაზომვის პრინციპი ძალიან მარტივია. საცდელი გაზი მუდმივად იწვება სანთურში მუდმივი წნევით. წვის შედეგად წარმოქმნილი მთელი სითბო შეიწოვება ან გამაგრილებლის ნაკადით სითბოს გადამცვლელში (სველი ან სითბოს გაცვლის კალორიმეტრი) ან წვის პროდუქტების შერევით ჰაერის ნაკადთან ცნობილი ნაკადის სიჩქარით (მშრალი ან შერეული კალორიმეტრი). ჩვეულებრივ განისაზღვრება ქვედა კალორიული ღირებულება Нu. H0 უფრო მაღალი კალორიული ღირებულების დასადგენად აუცილებელია გამონაბოლქვი აირებში შემავალი წყლის ორთქლის (CO ინდექსი) კონდენსირება. მასის ნაკადის სიჩქარის და ტემპერატურული სხვაობის ცოდნა კალორიმეტრის შესასვლელში (ინდექსი e) და გამოსასვლელში (ა) შესაძლებელია წვის შესაბამისი სითბოს გამოთვლა სითბოს ბალანსის განტოლების გამოყენებით.

გაზის საჭირო მომზადება ყველა გაზის კალორიმეტრში ძირითადად ერთნაირია. წვის წინ გაზი (ინდექსი G) ჯერ იწმინდება მყარი მექანიკური მინარევებისაგან (ფილტრში) და ტენიანდება (ტენით გაჯერებამდე, 100%), შემდეგ კი მიიყვანება წინასწარი წნევის მითითებულ მნიშვნელობებამდე (წნევის შემცირების სარქვლის გამოყენებით). ) და გამაგრილებელი საშუალების ტემპერატურა (ინდექსი K) . წვისთვის საჭირო ჰაერი (L ინდექსი) ასევე ტენიანდება და მიიყვანს გამაგრილებელი საშუალების ტემპერატურამდე.

საჭირო სიზუსტიდან და საზომი აღჭურვილობის მისაღები ღირებულებიდან გამომდინარე, ამ პირობებიდან ზოგიერთი შეიძლება არ დაკმაყოფილდეს. კალორიმეტრები უნდა შემოწმდეს საცნობარო გაზზე (მაგ. წყალბადზე), რათა დადგინდეს გადახრები კალორიმეტრის იდეალური მდგომარეობის განტოლებიდან. სითბოს გაცვლის (სველი) კალორიმეტრისთვის აღნიშნულ განტოლებას აქვს ფორმა

სად და არის გამაგრილებელი საშუალების და საწვავის მასის ნაკადის სიჩქარე, კგ/წმ; ск - გაგრილების საშუალების სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე, J/(kg*K); - გამაგრილებელი საშუალების ტემპერატურის მომატება, კ.

აირისებრი საწვავის სველი (ა) და მშრალი (ბ) კალორიმეტრების დიზაინი.

ტემპერატურის მატება ჩვეულებრივ არის 5-15 კ. დიდი თერმული მასის გამო, სითბოს გაცვლის კალორიმეტრებს აქვთ ძალიან დიდი დროის მუდმივი, რამაც შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე წუთს. ამიტომ, ისინი ნაკლებად მოსახერხებელია დახურულ საკონტროლო ციკლში სენსორად გამოსაყენებლად, ვიდრე მშრალი (შერევის) კალორიმეტრები, რომელთა დროის მუდმივი მხოლოდ რამდენიმე წამია. მაგრამ სითბოს გაცვლის კალორიმეტრების მიღწევადი სიზუსტე შედარებით მაღალია. მათი ცდომილება არ აღემატება ±0,25-1%-ს, ამიტომ მათი გამოყენება შესაძლებელია ლაბორატორიული სამუშაოებისა და გადამოწმებისთვისაც. მშრალ კალორიმეტრებს (შერევას) აქვთ ცდომილება ±1-დან ±2%-მდე გაზომვის დიაპაზონის ზედა ზღვარზე.

სხვადასხვა მწარმოებლის კალორიმეტრების დიზაინები ძირითადად განსხვავდება დამხმარე და უსაფრთხოების მოწყობილობებში, მგრძნობიარე ელემენტებში და გამოთვლით სქემებში, რომლებიც უზრუნველყოფენ შეცდომის კომპენსაციას. ამრიგად, სითბოს გაცვლის კალორიმეტრებში, გაზისა და გამაგრილებელი საშუალების ნაკადის მუდმივი თანაფარდობა შენარჩუნებულია სხვადასხვა გზით (იხ. ზემოთ მოცემული კალორიმეტრის განტოლება), რის გამოც უმაღლესი კალორიული ღირებულება H0 პირდაპირ დამოკიდებულია მხოლოდ ტემპერატურის ზრდაზე.

მშრალ კალორიმეტრებში ტემპერატურის მატება იზომება ან უშუალოდ ელექტრული კონტაქტის თერმომეტრების გამოყენებით, ან ირიბად დილატომეტრული სენსორის გამოყენებით - გაფართოებული მილის, რომელიც მდებარეობს გრიპის აირების ნაკადში. ADOS კალორიმეტრში დილატომეტრიული მილის თერმული დრეკადობა პირდაპირ შეესაბამება წვის სითბოს და შეიძლება გარდაიქმნას ნებისმიერ სიგნალად ბერკეტის გადაცემის და სიგრძის მრიცხველის გამოყენებით. Reinecke-ის კალორიმეტრში, ღეროს გაფართოება გამოიყენება როგორც საზომი სიგნალი საკონტროლო წრეში, რომელიც აკონტროლებს გამაგრილებელი ჰაერის ნაკადს ისე, რომ ტემპერატურის ზრდა პრაქტიკულად მუდმივი დარჩეს. ამ შემთხვევაში, საკონტროლო მარყუჟი აღმოჩნდება წმინდა პროპორციული, მაგრამ მასში გარკვეული ნარჩენი გადახრა გარდაუვალია. ამ შემთხვევაში, გამაგრილებელი ჰაერის ნაკადის სიჩქარე ან დილატომეტრიული მილის (ჯოხის) გახანგრძლივება არის განსაზღვრული კალორიული მნიშვნელობის საზომი. ყველა მშრალ კალორიმეტრში საკმარისი სიზუსტის მიღების აუცილებელი წინაპირობაა გამაგრილებელი ჰაერისა და წვის პროდუქტების კარგი შერევა.

სითბოს ნაკადის გაზომვები

სითბო, როგორც ენერგიის სახეობა, გადადის სამი გზით: მყარი სხეულის მეშვეობით (თერმული გამტარობა), თხევადი ან აირისებრი საშუალებებით (კონვექცია) და მატერიის მონაწილეობის გარეშე (გამოსხივება). ტექნოლოგიაში სითბოს გადაცემა თითქმის ყოველთვის მოიცავს სამივე კომპონენტს; თუმცა ხშირ შემთხვევაში შესაძლებელია მისაღები სიზუსტის შედეგების მიღება მხოლოდ ერთი კომპონენტის გაზომვით.

გაზომვა სითბოს ნაკადითბოგამტარობით

სითბოს გამტარი კედლებით სითბოს გადაცემა მნიშვნელოვანია ტექნოლოგიის მრავალ სფეროში (ყველა ტიპის სითბოს გადამცვლელი, თბოიზოლაცია და ა.შ.). ამ შემთხვევაში, საინტერესოა არა იმდენად წარმოების ღირებულებების მიმდინარე მონიტორინგი, რამდენადაც ერთჯერადი გაზომვების შედეგები, რომლებიც გამოიყენება დატვირთვის შესაფასებლად, გარანტირებული ინდიკატორების შესრულებისა და ეფექტურობის შესამოწმებლად.

სტაციონარული თბოგამტარობის კანონების მიხედვით, სითბოს ნაკადი განისაზღვრება შემდეგი ფორმულებით (J/s):

ვინაიდან ცნობილია კედლის თბოგამტარობის კოეფიციენტი [J/(m*s*K)] და მისი გეომეტრიული ზომები, სითბოს ნაკადის გაზომვა მცირდება ტემპერატურის სხვაობის გაზომვამდე. თუმცა, ეს ტექნიკა მოითხოვს ზედაპირის ტემპერატურის ძალიან ზუსტ განსაზღვრას. ზედაპირებზე ტემპერატურის მგრძნობიარე ელემენტების დაყენებისას სითბოს გადაცემის პირობების ცვლილებასთან დაკავშირებული შეცდომები შეიძლება საკმაოდ დიდი იყოს. ამიტომ უფრო ზუსტი გაზომვისთვის რეკომენდებულია ქვემოთ მოცემული მეთოდები, რომლებიც ერთდროულად იყენებენ როგორც თბოგამტარობას, ასევე სითბოს გადაცემას.

სითბოს ნაკადების გაზომვა სითბოს გადაცემის დროს (თბოგადაცემა თბოგამტარობასთან ერთად)

წინა ნაწილში ნახსენები ბრტყელი კედლისთვის მოქმედებს სითბოს გადაცემის შემდეგი კანონი (J/s):

სადაც სითბოს გადაცემის კოეფიციენტში k 1J/(m2*s*K)], თბოგამტარობის კოეფიციენტთან ერთად [J/Dm*s*K)], სითბოს გადაცემის კოეფიციენტები და [J/(m2*s*K) ] ასევე გათვალისწინებულია კედლის ორივე მხარე.

ბრტყელ კედელზე მოთავსებულია პატარა თხელი ფირფიტა, რომლითაც გადის გაზომილი სითბური ნაკადი, რომლის ზედაპირის ტემპერატურა განისაზღვრება ჩაშენებული თხელფენიანი თერმოწყვილებით. ამ გზით გაზომვის უპირატესობა ის არის, რომ არ საჭიროებს კედლის თერმული თვისებების ცოდნას, ხოლო ფირფიტის შესაბამისი თვისებები შეიძლება შემცირდეს ერთ მუდმივ მნიშვნელობამდე კალიბრაციის დროს. ასეთ მგრძნობიარე ელემენტებს აქვთ ზომა დაახლოებით 30x30x0.5 მმ; გაზომვის დიაპაზონი მოიცავს სითბოს ნაკადებს 10-დან 100000 ვტ/მ2-მდე; ცდომილება არის 2-5%.

ნახაზი სითბოს ნაკადის მრიცხველის მუშაობის პრინციპი.

ამ გაზომვის მეთოდის გაუმჯობესებისას გამოყენებული ფირფიტის ნაცვლად გამოიყენება რეზინის ხალიჩები. მათი არაბრტყელ ზედაპირებზე დაწებებით ან მოხრილი ზედაპირის ირგვლივ შემოხვევით, შესაძლებელია სითბოს გადაცემის დადგენა შედარებით დიდი ფართობის ზედაპირიდან, მაგალითად, მილიდან, ჭურჭლიდან და ა.შ. თერმოწყვილები ჩაშენებულია ორივე ზედაპირზე. ხალიჩა ისე, რომ მათი ცხელი და ცივი შეერთებები განლაგდეს ზუსტად ერთმანეთის წინააღმდეგ (სურ. 6). და ამ შემთხვევაში, სითბოს ნაკადის სიმკვრივე, კალიბრაციის შესაბამისად, პროპორციულია ტემპერატურის სხვაობისა. თუმცა, გამოყენებული ხალიჩები გარკვეულწილად არღვევს საწყისი სითბოს გადაცემას, რაც შესამჩნევი ხდება ზუსტი გაზომვებით. ამიტომ, გაზომვის ეს მეთოდი ძირითადად გამოიყენება ნივთიერების თერმოდინამიკური მუდმივების დასადგენად, როდესაც სითბოს ნაკადის დარღვევა გავლენას არ ახდენს გაზომვის შედეგზე.

სითბოს ნაკადების გაზომვა მიედინება მედიაში.

თერმული ენერგიის მნიშვნელოვანი ნაწილი გადადის მილსადენების დახურულ ქსელში მოძრავი თხევადი ან აირისებრი საშუალებებით (წყალი, ორთქლი და ა.შ.). თუმცა, მავთულხლართებით ელექტროენერგიის გადაცემასთან შედარებით, მანძილი, რომელზედაც შესაძლებელია თერმული ენერგიის გადაცემა შეზღუდულია. ყველა ტიპის გათბობისა და გაგრილების სისტემების თბოსაინჟინრო კვლევებისთვის აუცილებელია სითბოს წარმოებისა და მოხმარების გაზომვა.

სითბოს ნაკადი F (J/s), ნაკადიგამაგრილებლის საშუალო (კგ/წმ) საკონტროლო განყოფილების გავლით A ფართობით (მ2) გარკვეულ ზონაში, რომლისთვისაც შედგენილია სითბოს ბალანსი (პროცესის ზონაში, ნახ. 7) უდრის

დროის t2 - t1 ინტერვალით მოცემული სითბოს რაოდენობა განისაზღვრება როგორც ინტეგრალი (J):

სად არის გამაგრილებლის სითბოს შემცველობის სხვაობა (ენთალპია, ჯ/კგ) თბობალანსის ზონის შესასვლელში (ინდექსი e) და გამოსასვლელში (ინდექსი a).

მას შემდეგ, რაც ენთალპია ზოგადად მხოლოდ ინტერესს იწვევს კონკრეტულ დონესთან მიმართებაში, როგორიცაა ენთალპია გარემოს ტემპერატურაზე, სითბოს ნაკადის ყველა გაზომვა არსებითად არის განსხვავებების გაზომვები.

ზოგად განტოლებაში შემავალი ინდივიდუალური ენთალპიები შეიძლება გამოიხატოს შესაბამისი ტემპერატურით და სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრეებით;

ამრიგად, სითბოს ნაკადის გაზომვა პირდაპირ მცირდება ტემპერატურისა და მასის ნაკადის სიჩქარის გაზომვამდე. ხშირ შემთხვევაში, იზომება არა მასის ნაკადის სიჩქარე, არამედ გამაგრილებლის მოცულობითი ნაკადის სიჩქარე; ამ შემთხვევაში, მიღებული შედეგი განსხვავდება მხოლოდ გამაგრილებლის სიმკვრივის მნიშვნელობით p. სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე ci თავისთავად ტემპერატურის ფუნქციებია. თუმცა, მრავალი ინსტრუმენტის ვიწრო გაზომვის დიაპაზონის გამო, ისინი ჩვეულებრივ შეიძლება ჩაითვალოს მუდმივ მნიშვნელობებად სიზუსტის დიდი დაკარგვის გარეშე. სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე უნდა იყოს ცნობილი. სითხეებისთვის, სითბოს ნაკადის განტოლება კიდევ უფრო გამარტივებულია, რადგან ისინი სპეციფიკური სითბოს შესაძლებლობებიარ არის დამოკიდებული წნევაზე:

, ჯ/ს.

ამ ტიპის ყველა განტოლებაში აუცილებელია გავითვალისწინოთ რაოდენობების ნიშნები იმისდა მიხედვით, მიეწოდება თუ არა სითბო, არის თუ არა პროცესი ენდოთერმული თუ ეგზოთერმული, ხდება თუ არა გაგრილება ან გათბობა.