Issiqlik miqdori bu qism deb ataladi. Fizikadan integral test "Issiqlik hodisalari

1. Ichki energiya. Termodinamikada ishlash. Issiqlik miqdori. Termodinamikaning birinchi qonuni. Termodinamikaning birinchi qonunining turli jarayonlarga tatbiq etilishi.

Javob:

Mexanik energiya bilan bir qatorda, makroskopik jismlarning o'zida ham energiya mavjud. Bu energiya ichki energiya deb ataladi va u tabiatdagi energiya o'zgarishlar muvozanatiga kiradi.

Okean Yerdagi quyosh energiyasining eng katta kollektoridir. Suv nafaqat sayyoramiz yuzasining 70 foizidan ko'prog'ini qoplaydi, balki harorat sezilarli darajada ko'tarilmasdan ham katta miqdorda issiqlikni o'zlashtira oladi. Issiqlikni uzoq vaqt davomida saqlash va chiqarish uchun bu ulkan quvvat okeanga Yer iqlim tizimini barqarorlashtirishda markaziy rolni beradi.

Issiqxona gazlari kontsentratsiyasining ortishi Yer yuzasidan tarqalayotgan issiqlikning avvalgidek bo'sh bo'shliqqa chiqishiga to'sqinlik qiladi; ortiqcha issiqlikning katta qismi okeanning yuqori qismida saqlanadi. Natijada, so'nggi yigirma yil ichida okeanning yuqori qatlamlarida issiqlik miqdori sezilarli darajada oshdi.

Makroskopik jismning ichki energiyasi tananing barcha molekulalarining (yoki atomlarining) tasodifiy harakatining kinetik energiyalari va barcha molekulalarning bir-biri bilan o'zaro ta'sirining potentsial energiyalari yig'indisiga teng (lekin molekulalar bilan emas). boshqa organlar).

Monatomik elementning ichki energiyasini hisoblash formulasi ideal gaz:

Ideal bir atomli gazning ichki energiyasi uning mutlaq haroratiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

Okean issiqligining asosiy manbai quyosh nuridir. Bundan tashqari, bulutlar, suv bug'lari va issiqxona gazlari issiqlikni chiqaradi va ular o'zlashtiradilar va bu issiqlik energiyasining bir qismi okeanga kiradi. To'lqinlar, to'lqinlar va oqimlar doimo okeanni aralashtirib, issiqlikni issiqroqdan sovuqroq kengliklarga va chuqurroq darajalarga o'tkazadi.

Okean tomonidan so'rilgan issiqlik bir joydan ikkinchi joyga o'tadi, lekin u yo'qolmaydi. Issiqlik energiyasi oxir-oqibat muz tokchalarini eritish, suvni bug'lash yoki atmosferani to'g'ridan-to'g'ri isitish orqali Yer tizimining qolgan qismiga qaytadi. Shunday qilib, issiqlik energiyasi okeanda sayyorani iste'mol qilinganidan keyin o'nlab yillar davomida isitish mumkin. Agar okean chiqaradiganidan ko'ra ko'proq issiqlikni o'zlashtirsa, uning issiqlik miqdori ortadi. Okean tomonidan qancha issiqlik energiyasi so'rilishini va chiqarilishini bilish global iqlimni tushunish va modellashtirish uchun muhimdir.

Termodinamikada ish xuddi mexanikada bo'lgani kabi aniqlanadi, lekin u tananing kinetik energiyasini emas, balki uning ichki energiyasini o'zgartirishga teng.

Siqilish yoki kengayish jarayonida molekulalarning o'zaro ta'sirining o'rtacha potentsial energiyasi ham o'zgaradi, chunki bu holda molekulalar orasidagi o'rtacha masofa o'zgaradi.

Porshen ostidagi silindrdagi gaz misolida hajmning o‘zgarishiga bog‘liq ishni hisoblab chiqamiz.Eng oson yo‘li birinchi navbatda tashqi jism (porshen) tomonidan gazga ta’sir etuvchi F kuchning ishini hisoblamaslikdir. , lekin gazning o'zi bajaradigan ish, F kuchi bilan pistonga ta'sir qiladi. Nyutonning uchinchi qonuniga ko'ra F "=- F.

Tarixan, okean haroratini hisobga olsak, kemalar suvga datchiklar yoki namuna kollektorlarini silkitishi kerak edi. Bu ko'p vaqt talab qiladigan usul faqat sayyoramizning ulkan okeanining kichik bir qismi uchun haroratni ta'minlay oladi. Global yoritishni olish uchun olimlar okean sathining balandligini o'lchaydigan sun'iy yo'ldoshlarga murojaat qilishdi. Suv isishi bilan u kengayadi, shuning uchun dengiz sathining balandligidan okean haroratini baholash mumkin.

Okeanning turli xil chuqurlikdagi termal tarkibini yaxshiroq tasavvur qilish uchun olimlar va muhandislar haroratni in situ o'lchash uchun bir qator asboblardan ham foydalanishmoqda. Argo floats deb nomlanuvchi sensorlar okean bo'ylab turli chuqurliklarda harakatlanadi. Har 10 kunda yoki undan ko'p, ularning dasturlashtirilgan ko'rsatmalariga ko'ra, ular suv orqali ko'tarilib, haroratni ko'tarilganda qayd etadilar. Float yer yuzasiga yetib borgach, u joylashuvi va boshqa ma'lumotlarni sun'iy yo'ldosh orqali olimlarga yuboradi va keyin yana pastga tushadi.

Porshenga gaz tomonidan ta'sir etuvchi kuch moduli F "=pS, bu erda p - gaz bosimi, S - pistonning sirt maydoni. Gaz kengaysin va piston ichkariga joy almashtirsin. kuchning yo'nalishi F" kichik masofaga h = h 2 - h 1. Agar siljish kichik bo'lsa, u holda gaz bosimini doimiy deb hisoblash mumkin.

Gaz tomonidan bajarilgan ish


Bu ishni gaz hajmining o'zgarishi bilan ifodalash mumkin. Dastlabki hajm F 1 = Sh 1 va oxirgi hajm V 2 = Sh 2. Shunung uchun

Okean haroratini o'lchash asboblariga o'tkazuvchanlik, harorat, sarflanadigan batitermograflar va suzuvchi argotlar kiradi. Olimlar doimiy ravishda sun'iy yo'ldoshlar, suzuvchilar va zondlar ma'lumotlarini ular yaratgan qiymatlar mantiqiy ekanligiga ishonch hosil qilish uchun solishtiradilar. Ular har uch oyda okeandagi global o'rtacha yillik issiqlik miqdorini hisoblash uchun o'lchov diapazonini qayta ishlaydilar. Haroratni joullarda konvertatsiya qilish okeandagi issiqlikni Yer iqlim tizimining boshqa qismlarida isitish maqsadi bilan solishtirish imkonini beradi.

Oxirgi 50 yil ichida Yerda sodir bo'lgan isishning 90 foizdan ortig'i okeanda sodir bo'lgan. Atmosfera bugungi kungacha global isishdan butunlay xoli bo'lsa ham, okeanda to'plangan issiqlik oxir-oqibat ajralib chiqadi va kelajakda Yer yanada qiziydi.


bu yerda AV=V 2 - V 1 - gaz hajmining o'zgarishi.

Kengayish paytida gaz ijobiy ish qiladi, chunki kuchning yo'nalishi va pistonning harakat yo'nalishi mos keladi. Kengayish jarayonida gaz energiyani atrofdagi jismlarga o'tkazadi.

Agar gaz siqilgan bo'lsa, u holda gazning ish formulasi o'z kuchida qoladi. Ammo endi v2

Hozirgi vaqtda okean suvining isishi global dengiz sathini oshirmoqda, chunki suv isishi bilan kengayadi. Quruqlikdagi erish muzliklari suvi bilan birgalikda dengizning ko'tarilishi butun dunyo bo'ylab qirg'oqlar yaqinidagi tabiiy ekotizimlar va inson tuzilmalariga tahdid solmoqda. Okean suvlarining isishi, shuningdek, Yerning iqlim tizimiga qo'shimcha ta'sir ko'rsatadigan muz tokchalari va dengiz muzlarining kamayishi bilan bog'liq. Nihoyat, okean suvlarining isishi dengiz ekotizimlari va odamlarning turmush tarziga tahdid soladi.

Gazda tashqi jismlar tomonidan bajariladigan A ishi A gazining ishidan farq qiladi "faqat belgisi: A \u003d -A",

O'zgarmas bosim holati uchun gazning A" ishiga oddiy geometrik talqin berilishi mumkin.

Gaz bosimining hajmga bog'liqligi grafigini tuzamiz (162-rasm). Bu erda p 1 = const grafigi, V o'qi va ab va cd segmentlari bilan chegaralangan abdc to'rtburchakning maydoni gaz bosimiga teng, son jihatdan ishga teng:

Misol uchun, iliq suvlar marjonlarning sog'lig'iga va, o'z navbatida, boshpana va oziq-ovqat uchun ularga bog'liq bo'lgan dengiz hayoti jamoalariga tahdid soladi. Oxir oqibat, oziq-ovqat va ish uchun dengiz baliqchiligiga bog'liq bo'lgan odamlar okeanning isishining salbiy ta'siriga duch kelishlari mumkin.

Gazni to'lash uchun turli xil hisob-kitoblar mavjud: issiqlik va hajmli gaz hisobi. Hisob-kitoblarni yoping: ta'minot hududida gaz iste'moli odatda termal bo'lib, u quvvat bloklari tomonidan hisoblab chiqiladi. Berilgan gaz miqdori kubometrda o'lchanadi va uni nominal iste'mol qiymatiga ko'paytirish orqali iste'mol qilingan kilovatt-soatga aylantiriladi. Kub metrni kilovatt-soatga o'tkazishda gazning kalorifik qiymati va mos keladigan jismoniy holati hisobga olinadi.

Ballondagi gazning ichki energiyasini faqat ishni bajarish bilan emas, balki gazni isitish orqali ham o'zgartirish mumkin.

Energiyani bir jismdan ikkinchisiga ish qilmasdan o'tkazish jarayoni issiqlik uzatish yoki issiqlik uzatish deb ataladi.

Issiqlik uzatish jarayonida ichki energiya o'zgarishining miqdoriy o'lchovi issiqlik miqdori deb ataladi Q.

Bu holat gazning harorati va bosimiga bog'liq va davlat raqami deb ataladigan raqamda qayd etiladi. Kaloriyaviy qiymatga ko'paytiriladigan holatlar soni termal issiqlik qiymatini beradi. Hisoblagich bilan o'lchangan kubometr hisoblagichning kalorifik qiymatiga ko'paytirilishi hisoblash uchun kilovatt soat sonini beradi.

To'lov hajmi: gaz iste'moli energiya bloklariga asoslangan issiqlik hisob-kitobidan farqli o'laroq, iste'mol qilingan tabiiy gazning kubometriga qarab hisoblanadi. Oylik to'lanadigan to'lovlar miqdori amaldagi narxlardan va o'tgan yilgi iste'moldan kelib chiqqan holda hisoblanadi.

Issiqlik miqdori tananing issiqlik uzatish jarayonida chiqaradigan energiya deb ataladi.

Jismlar orasidagi chegarada issiqlik almashinuvi jarayonida sovuq jismning sekin harakatlanuvchi molekulalari issiq tananing tez harakatlanuvchi molekulalari bilan o'zaro ta'sir qiladi. Natijada molekulalarning kinetik energiyalari tenglashadi va sovuq jism molekulalarining tezligi ortadi, issiq jismniki esa kamayadi.

Absorberlar quyosh radiatsiyasini o'zlashtiradigan va uni issiqlikka aylantiradigan quyosh issiqlik tizimining qismlari. Qoida tariqasida, absorber sirtlari selektiv qoplama bilan ta'minlanadi, shuning uchun iloji boricha ko'proq quyosh nuri so'riladi va absorber ostidagi issiqlik tashuvchisiga yo'naltiriladi. Bugungi kunda quyosh nurlanishining 90 dan 95% gacha bo'lgan yuqori sifatli absorber ishlatiladi.

Absorbsiya odatda radiatsiya yoki moddaning boshqa material tomonidan yutilishini tavsiflaydi. Energiya texnologiyalari uchun, xususan, quyosh nurlanishining yutilishi va sovutish mashinalarida sovutgichlarning yutilishi yoki. 1-misol Yorug'lik yutilganda nurlanishning bir qismi modda tomonidan so'riladi va issiqlikka aylanadi. Foydalanish: quyosh panellari bilan issiqlikni qayta tiklash.

Issiqlik almashinuvi jarayonida energiya bir shakldan ikkinchisiga o'tkazilmaydi, issiq jismning ichki energiyasining bir qismi sovuq jismga o'tadi.

Issiqlik va issiqlik sig'imi miqdori.Fizika kursidan ma'lumki, massasi m bo'lgan jismni t x haroratdan t 2 haroratgacha qizdirish uchun unga issiqlik miqdorini o'tkazish kerak:

So'rilgan modda sovutgich vazifasini bajaradi, boshqa modda esa erituvchi deb ataladi. Sovutgichlar va erituvchilar birgalikda ishchi juftlik deb ataladi. Misollar 3 Litiy bromid suvni shimib oladi Suv ammiakni yutadi Ilova: Sovutgich, issiqlik pompasi bilan isitish.

Chiqindilarni issiqlik - bu texnik uskunalar yoki tizimlarning ishlashi natijasida qo'shimcha mahsulot sifatida hosil bo'ladigan issiqlik. Umuman olganda, qurilma yoki tizimning haddan tashqari qizib ketishining oldini olish uchun bu issiqlik mos ravishda tarqalishi kerak. Turli jarayonlarning chiqindilarida juda katta energiya salohiyati mavjud. Shunday qilib, siz maqsadli issiqlikdan foydalanishga harakat qilyapsiz.

Tana soviganida, uning oxirgi harorati t 2 boshlang'ich harorat t 1 dan past bo'lib chiqadi va tanadan chiqarilgan issiqlik miqdori manfiy bo'ladi.

Formuladagi c koeffitsienti o'ziga xos issiqlik sig'imi deb ataladi.

Maxsus issiqlik- Bu 1 kg moddaning harorati 1 K ga o'zgarganda oladigan yoki chiqaradigan issiqlik miqdori.

1-misol Avtomobil dvigatellari yoqilg'i energiyasining faqat bir qismini kinetik energiyaga aylantiradi. Olingan chiqindi issiqlik ichki makonni isitish uchun ishlatiladi. 2-misol Elektr stantsiyasi markaziy isitish sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan chiqindi issiqlikni ishlab chiqaradi.

3-misol Kanalizatsiya tizimidagi oqava suvlar bir xil harorat tufayli issiqlik nasosining foydali termal ishlashiga hissa qo'shishi mumkin. Anemometr shamol tezligini o'lchash uchun ishlatiladi va shamol turbinasi boshqaruvining bir qismidir.

Maxsus issiqlik sig'imi nafaqat moddaning xususiyatlariga, balki issiqlik uzatish jarayoniga ham bog'liq. Agar siz gazni doimiy bosimda qizdirsangiz, u kengayadi va ishlaydi. Gazni doimiy bosimda 1°C ga qizdirish uchun uni doimiy hajmda isitishdan ko‘ra ko‘proq issiqlik o‘tkazish kerak.

Shunday qilib, anemometr ob'ektlar va uning atrofidagi hududning xavfsizligi uchun bo'ronlar sodir bo'lganda xizmat qiladi. Juda kam shamol yuklarida xavfsizlik mexanizmi ham zavodni o'chirib qo'yadi, chunki sezilarli energiya chiqishi kutilmaydi. Atmosfera - bu yerning atmosferasi. Turli gazsimon elementlar va birikmalarning doimiy aralashmasidan iborat. Eng muhim komponentlar azot, kislorod, suv bug'lari va argondir. Karbonat angidrid va suv bug'iga qo'shimcha ravishda, ayniqsa, kichik nisbatda mavjud bo'lgan gazlar metan va xlorflorokarbonlardir.

Suyuqliklar va qattiq jismlar qizdirilganda bir oz kengayadi va ularning doimiy hajm va doimiy bosimdagi o'ziga xos issiqlik sig'imlari bir oz farq qiladi.

Bug'lanishning o'ziga xos issiqligi.Suyuqlikni bug'ga aylantirish uchun unga ma'lum miqdorda issiqlik o'tkazilishi kerak. Ushbu transformatsiya paytida suyuqlikning harorati o'zgarmaydi.

Batareya elektrokimyoviy energiyani saqlash va konvertordir. Yukni tushirish vaqtida saqlanadigan kimyoviy energiya elektrokimyoviy oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi orqali elektr energiyasiga aylanadi. O'zgartirilgan energiya tarmoqdan qat'i nazar, elektr iste'molchisi tomonidan ishlatilishi mumkin.

Ekologik toza qayta zaryadlanuvchi batareyalar hamyonni bo'shatadi. Bioenergiya qattiq, suyuq yoki gazsimon organik moddalardan energiya ishlab chiqarishdir. Energiyadan foydalanishning afzalligi nisbatan yopiq davrlardir. Biogaz - bu biomassadan ishlab chiqariladigan energiya foydali gazlar uchun umumiy atama. Bu yerda metan gazi biogazning energetik jihatdan yaroqli qismi hisoblanadi.

O'zgarmas haroratda 1 kg suyuqlikni bug'ga aylantirish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori deyiladi bug'lanishning o'ziga xos issiqligi. Bu qiymat r harfi bilan belgilanadi va kilogramm boshiga joulda (J / kg) ifodalanadi.


Kristalli jism erib ketganda, unga berilgan barcha issiqlik molekulalarning potentsial energiyasini oshirishga ketadi.

Biomassa energiya olish mumkin bo'lgan o'simlik yoki hayvonlarning barcha organik moddalarini anglatadi. Ikki toifa mavjud: qayta tiklanadigan xom ashyo va organik chiqindilar. Germaniyada o'rmon xo'jaligi, yog'ochni qayta ishlash, o'simliklarni etishtirish va zavod dehqonchiligi orqali energiya talab qiladigan biomassa imkoniyatlari to'planmoqda.

O'tin, yog'och chiplari va bioetanol. Ikki tomonlama energiyadan foydalanish tufayli ularning samaradorligi taxminan 85% gacha oshadi. Yoqilg'i xujayrasi - doimiy ravishda etkazib beriladigan yoqilg'i va oksidlovchining reaktsiya energiyasini elektr energiyasiga aylantiradigan elektrokimyoviy energiya konvertori.

Molekulalarning kinetik energiyasi o'zgarmaydi, chunki erish doimiy haroratda sodir bo'ladi.

1 kg kristall moddaning erish nuqtasida bir xil haroratli suyuqlikka aylanishi uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori deyiladi.o'ziga xos termoyadroviy issiqlik.

m massali kristall jismni eritish uchun quyidagiga teng issiqlik miqdori talab qilinadi:

Bu shuni anglatadiki, yoqilg'i tarkibidagi kimyoviy energiya - an'anaviy elektr stantsiyalaridan farqli o'laroq - to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasiga aylanadi. Shunday qilib, yonilg'i xujayrasi yordamida potentsial yuqori elektr samaradorligiga erishish mumkin. Bundan tashqari, yonilg'i xujayralari an'anaviy generatorlar bilan solishtirganda sodda, mexanik aşınmaya ega emas va shuning uchun ishonchli va aşınmaya bardoshli ishlaydi.

Ishlash jarayonida na ifloslantiruvchi moddalar, na issiqxona gazlari hosil bo'lmaganligi sababli, yoqilg'i xujayrasi kelajakda juda ekologik toza va muhim energiya manbai hisoblanadi. Kaloriya qiymati yonish paytida hosil bo'ladigan issiqlikning umumiy miqdorini tavsiflaydi.

Tananing kristallanish jarayonida ajralib chiqadigan issiqlik miqdori quyidagilarga teng:

Tananing ichki energiyasi qizdirilganda yoki sovutilganda, bug'lanish va kondensatsiya paytida, erish va kristallanish jarayonida o'zgaradi. Barcha holatlarda ma'lum miqdorda issiqlik tanaga o'tkaziladi yoki undan chiqariladi.

Termodinamikaning birinchi qonuni. Termodinamikaning birinchi qonuni issiqlik hodisalariga taalluqli energiyaning saqlanish qonunidir.

Tizimning bir holatdan ikkinchi holatga o'tishi jarayonida ichki energiya ham ishning bajarilishi, ham issiqlik o'tkazilishi tufayli bir vaqtning o'zida o'zgaradi. Termodinamikaning birinchi qonuni shunday umumiy holatlar uchun aniq tuzilgan:

Tizimning bir holatdan ikkinchi holatga o'tishida uning ichki energiyasining o'zgarishi tashqi kuchlar ishining yig'indisiga teng. va tizimga uzatiladigan issiqlik miqdori:

Ko'pincha tizimdagi tashqi jismlarning A ishi o'rniga tizimning A "tashqi jismlardagi ishi ko'rib chiqiladi. A" \u003d - A ekanligini hisobga olsak, termodinamikaning birinchi qonunini (13.10) ko'rinishda yozish mumkin. quyidagicha: