Цеплыня - гэта ... Якая колькасць цеплыні вылучыцца пры згаранні?

Усе рэчывы валодаюць унутранай энергіяй. Гэтая велічыня характарызуецца побач фізічна-хімічных уласцівасцяў, сярод якіх асаблівую ўвагу трэба надаць цеплыне. Гэтая велічыня з'яўляецца абстрактным матэматычным значэннем, якое апісвае сілы ўзаемадзеяння малекул рэчыва. Разуменне механізму цеплавога абмену можа дапамагчы адказаць на пытанне, якое колькасць цеплыні выдзелілася пры астыванні і награванні рэчываў, а таксама іх згаранні.

Гісторыя адкрыцця з'явы цеплыні

Першапачаткова з'ява цеплаперадачы апісвалася вельмі проста і зразумела: калі тэмпература рэчывы павышаецца, яно атрымлівае цеплыню, а ў выпадку астуджэння яно вылучае яе ў навакольнае асяроддзе. Аднак цеплыня - гэта не складовая частка разгляданай вадкасці або цела, як думалі тры стагоддзі таму. Людзі наіўна лічылі, што рэчыва складаецца з двух частак: уласных малекул і цеплыні. Цяпер мала хто памятае, што тэрмін «тэмпература» на лацінскай азначае «сумесь», і, да прыкладу, пра бронзе казалі як пра «тэмпературы волава і медзі».

У 17 стагоддзі з'явілася дзве гіпотэзы, якія маглі б зразумела растлумачыць з'ява цеплыні і цеплаперадачы. Першую прапанаваў у 1613 годзе Галілей. Яго фармулёўка гучала так: «Цеплыня - гэта незвычайнае рэчыва, якое можа пранікаць у любыя цела і выходзіць з іх». Галілей назваў гэта рэчыва теплорода. Ён сцвярджаў, што теплорода не можа знікнуць або разбурыцца, а толькі здольны пераходзіць ад аднаго цела да іншага. Адпаведна, чым больш у рэчыве теплорода, тым вышэй яго тэмпература.

Другая гіпотэза з'явілася ў 1620 годзе, і прапанаваў яе філосаф Бэкан. Ён заўважыў, што пад моцнымі ўдарамі молата жалеза награвалася. Гэты прынцып дзейнічаў і пры распальванні вогнішча трэннем, што прывяло Бэкана да думкі аб малекулярнай прыродзе цеплыні. Ён сцвярджаў, што пры механічным уздзеянні на цела яго малекулы пачынаюць біцца адзін аб аднаго, павялічваць хуткасць перамяшчэння і тым самым падымаць тэмпературу.

Вынікам другой гіпотэзы стала заключэнне, што цеплыня - гэта вынік механічнага ўздзеяння малекул рэчывы адзін з адным. Гэтую тэорыю на працягу доўгага прамежку часу спрабаваў абгрунтаваць і эксперыментальна даказаць Ламаносаў.

Цеплыня - гэта мера ўнутранай энергіі рэчыва

Сучасныя навукоўцы прыйшлі да наступнай высновы: цеплавая энергія з'яўляецца вынікам ўзаемадзеяння малекул рэчывы, т. Е. Унутранай энергіі цела. Хуткасць руху часціц залежыць ад тэмпературы, а велічыня цеплыні прама прапарцыйна масе рэчывы. Так, вядро з вадой валодае большай цеплавой энергіяй, чым напоўненая кубак. Аднак сподак з гарачай вадкасцю можа мець менш цеплыні, чым таз з халоднай.

Тэорыю теплорода, якую прапанаваў у 17 стагоддзі Галілей, абверглі навукоўцы Дж. Джоўль і Б. Румфорд. Яны даказалі, што цеплавая энергія не валодае якой-небудзь масай і характарызуецца выключна механічным рухам малекул.

Якая колькасць цеплыні вылучыцца пры згаранні рэчывы? Удзельная цеплыня згарання

На сённяшні дзень універсальнымі і шырока ўжываюцца крыніцамі энергіі з'яўляюцца торф, нафту, вугаль, прыродны газ або драўніна. Пры спальванні гэтых рэчываў вылучаецца пэўную колькасць цеплыні, якое выкарыстоўваецца для абагрэву, запуску механізмаў і т. Д. Якім чынам можна разлічыць гэтую велічыню на практыцы?

Для гэтага ўводзіцца паняцце удзельнай цеплыні згарання. Гэтая велічыня залежыць ад колькасці цеплыні, якое вылучаецца пры згаранні 1 кг пэўнага рэчыва. Пазначаецца яна літарай q і вымяраецца ў Дж / кг. Ніжэй прадстаўлена табліца значэнняў q некаторых найбольш распаўсюджаных відаў паліва.

Інжынеру пры пабудове і разліку рухавікоў неабходна ведаць, якая колькасць цеплыні вылучыцца пры згаранні пэўнага колькасці рэчыва. Для гэтага можна скарыстацца ўскоснымі вымярэннямі па формуле Q = qm, дзе Q - гэта цеплыня згарання рэчывы, q - удзельная цеплыня згарання (таблічныя значэнне), а m - зададзеная маса.

Адукацыя цеплыні пры згаранні грунтуецца на з'яве выдзялення энергіі пры адукацыі хімічных сувязяў. Найпростым прыкладам з'яўляецца згаранне вугляроду, які змяшчаецца ў любым з відаў сучаснага паліва. Вуглярод згарае ў прысутнасці атмасфернага паветра і злучаецца з кіслародам, утворачы вуглякіслы газ. Фарміраванне хімічнай сувязі працякае з вылучэннем цеплавой энергіі ў навакольнае асяроддзе, і гэтую энергію чалавек прыстасаваўся выкарыстоўваць у сваіх мэтах.

На жаль, бяздумнае расходаванне такіх каштоўных рэсурсаў, як нафта або торф, неўзабаве можа прывесці да знясілення крыніц здабычы гэтых відаў паліва. Ужо сёння з'яўляюцца электрапрыборы і нават новыя мадэлі аўтамабіляў, праца якіх заснаваная на такіх альтэрнатыўных крыніцах энергіі, як сонечнае святло, вада або энергія зямной кары.

цеплаперадача

Здольнасць абмену цеплавой энергіяй ўнутры цела або ад аднаго цела да іншага называецца цеплаперадачы. Гэта з'ява не адбываецца спантанна і ўзнікае толькі пры рознасці тэмператур. У найпростым выпадку цеплавая энергія перадаецца ад больш нагрэтага цела да меней нагрэтым да таго часу, пакуль не ўсталюецца раўнавага.

Цела неабавязкова павінны датыкацца, каб адбывалася з'ява цеплаперадачы. У любым выпадку ўсталяванне раўнавагі можа адбыцца і на невялікай адлегласці паміж разгляданымі аб'ектамі, аднак з меншай хуткасцю, чым пры іх судотыку.

Цеплаперадачу можна падзяліць на тры выгляду:

1. Цеплаправоднасць.

2. Канвекцыя.

3. Прамяністы абмен.

цеплаправоднасць

Гэта з'ява заснавана на перадачы цеплавой энергіі паміж атамамі або малекуламі рэчывы. Прычына перадачы - хаатычнае рух малекул і іх пастаяннае соударение. Дзякуючы чаму цеплыня пераходзіць ад адной малекулы да іншай па ланцужку.

Назіраць з'ява цеплаправоднасці можна пры гартаванні любога жалезнага матэрыялу, калі чырвань на паверхні плаўна распаўсюджваецца і паступова згасае (пэўную колькасць цеплыні вылучаецца ў навакольнае асяроддзе).

Ж. Фур'е вывеў формулу для цеплавога патоку, якая сабрала ўсе велічыні, якія ўплываюць на ступень цеплаправоднасці рэчывы (гл. Малюнак ніжэй).

У гэтай формуле Q / t - цеплавой паток, λ - каэфіцыент цеплаправоднасці, S - плошча папярочнага перасеку, T / X - стаўленне рознасці тэмператур паміж канцамі цела, размешчанымі на пэўным адлегласці.

Цеплаправоднасць з'яўляецца таблічнага значэннем. Яна мае практычнае значэнне пры ўцяпленні жылога дома або цеплаізаляцыі абсталявання.

прамяністы цеплаабмен

Яшчэ адзін спосаб цеплаперадачы, які заснаваны на з'яве электрамагнітнага выпраменьвання. Яго адрозненне ад канвекцыі і цеплаправоднасці заключаецца ў тым, што перадача энергіі можа адбывацца і ў вакуумным прасторы. Аднак, як і ў першым выпадку, неабходна наяўнасць рознасці тэмператур.

Прамяністы абмен - гэта прыклад перадачы цеплавой энергіі Сонца на паверхню Зямлі, за якую адказвае пераважна інфрачырвонае выпраменьванне. Каб вызначыць, якая колькасць цеплыні трапляе на зямную паверхню, былі пабудаваныя шматлікія станцыі, якія сочаць за змяненнем гэтага паказчыка.

канвекцыя

Канвекцыйны рух патокаў паветра наўпрост звязана з з'явай цеплаперадачы. Незалежна ад таго, якая колькасць цеплыні мы паведамілі вадкасці або газу, малекулы рэчыва пачынаюць рухацца хутчэй. З-за гэтага ціск ўсёй сістэмы памяншаецца, а аб'ём, наадварот, павялічваецца. Гэта і ёсць прычына руху цёплых патокаў паветра ці іншых газаў ўверх.

Найпростым прыкладам выкарыстання з'явы канвекцыі ў побыце можна назваць ацяпленне памяшкання з дапамогай батарэй. Яны размяшчаюцца унізе пакоя не проста так, а каб нагрэтаму паветры было куды ўздымацца, што прыводзіць да цыркуляцыі патокаў па памяшканні.

Як можна вымераць колькасць цеплыні?

Цеплыня награвання або астуджэння разлічваецца матэматычна з дапамогай спецыяльнага прыбора - каларыметр. Ўстаноўка прадстаўлена вялікім цеплаізаляваным пасудзінай, які запоўнены вадой. У вадкасць апускаецца тэрмометр для вымярэння пачатковай тэмпературы асяроддзя. Затым у ваду апускаюць нагрэтае цела, каб вылічыць змена тэмпературы вадкасці пасля ўстанаўлення раўнавагі.

Па павышэнню або паніжэння t асяроддзя вызначаюць, якая колькасць цеплыні для награвання цела трэба выдаткаваць. Каларыметр з'яўляецца найпростым прыладай, якое можа зарэгістраваць змяненне тэмпературы.

Таксама з дапамогай каларыметр можна палічыць, якая колькасць цеплыні вылучыцца пры згаранні рэчываў. Для гэтага ў посуд, запоўнены вадой, змяшчаюць «бомбу». Гэтая "бомба" ўяўляе сабой зачыненая пасудзіна, у якім размяшчаецца доследнае рэчыва. Да яго падведзены адмысловыя электроды для падпалу, а камера запоўненая кіслародам. Пасля поўнага згарання рэчывы рэгіструецца змяненне тэмпературы вады.

У ходзе падобных эксперыментаў ўсталявалі, што крыніцамі цеплавой энергіі з'яўляюцца хімічныя і ядзерныя рэакцыі. Ядзерныя рэакцыі працякаюць у глыбокіх пластах Зямлі, утвараючы асноўны запас цеплыні ўсёй планеты. Таксама яны выкарыстоўваюцца чалавекам для атрымання энергіі ў ходзе тэрмаядзернага сінтэзу.

Прыкладамі хімічных рэакцыі з'яўляюцца гарэнне рэчываў і расшчапленне палімераў да мономеров ў стрававальнай сістэме чалавека. Якасць і колькасць хімічных сувязяў у малекуле вызначае, якая колькасць цеплыні вылучыцца ў канчатковым выніку.

У чым вымяраецца цеплыня?

Адзінкай вымярэння цеплыні ў міжнароднай сістэме СІ з'яўляецца джоўль (Дж). Таксама ва ўжытку выкарыстоўваюцца пазасыстэмныя адзінкі - калорыі. 1 калорыя раўняецца 4,1868 Дж па міжнароднаму стандарту і 4,184 Дж зыходзячы з термохимии. Раней сустракалася брытанская цеплавая адзінка БТЕ, якая ўжо рэдка выкарыстоўваецца навукоўцамі. 1 БТЕ = 1,055 Дж.