Бардык заттардын ички энергиясы бар. Бул маани бир катар физикалык жана химиялык касиеттери менен мүнөздөлөт, алардын арасында жылуулукка өзгөчө көңүл буруу керек. Бул чоңдук заттын молекулаларынын өз ара аракеттенүү күчтөрүн сүрөттөгөн абстракттуу математикалык чоңдук. Жылуулук алмашуу механизмин түшүнүү заттарды муздатуу жана ысытуу, ошондой эле аларды күйүү учурунда канча жылуулук бөлүнүп чыккан деген суроого жооп берүүгө жардам берет.
Жылуулук кубулушунун ачылыш тарыхы
Башында жылуулук берүү кубулушу абдан жөнөкөй жана так сүрөттөлгөн: эгерде заттын температурасы көтөрүлсө, ал жылуулук алат, ал эми муздаган учурда аны айлана-чөйрөгө бөлүп чыгарат. Бирок, жылуулук үч кылым мурун ойлогондой, каралып жаткан суюктуктун же дененин ажырагыс бөлүгү эмес. Адамдар материя эки бөлүктөн турат деп ишенишкен: өзүнүн молекулалары жана жылуулук. Азыр "температура" термини латын тилинен которгондо "аралашма" дегенди билдирерин эстеп калгандар аз, мисалы, коло жөнүндө "калай менен жездин температурасы" деп айтышкан.
17-кылымда эки гипотеза пайда болгонжылуулук жана жылуулук берүү кубулуштарын так түшүндүрө алган. Биринчисин 1613-жылы Галилео сунуштаган. Анын сөзү мындай болгон: «Жылуулук – бул кандайдыр бир денеге кирип-чыгып кете турган адаттан тыш зат». Галилео бул затты калория деп атаган. Ал калория жок боло албайт же кыйрабайт, бирок бир денеден экинчи денеге өтүүгө гана жөндөмдүү экенин айтты. Демек, заттын калориясы канчалык көп болсо, анын температурасы ошончолук жогору болот.
Экинчи гипотеза 1620-жылы пайда болуп, философ Бэкон тарабынан сунушталган. Балканын катуу соккуларынан темир ысып кеткенин байкады. Бул принцип отту сүрүлүү аркылуу тутандырууда да иштеген, бул Бэконду жылуулуктун молекулярдык табияты жөнүндө ойлонууга түрткү болгон. Ал денеге механикалык таасир тийгизгенде, анын молекулалары бири-бирине согулуп, кыймыл ылдамдыгын жогорулатат жана ошону менен температураны жогорулатат деп ырастады.
Экинчи гипотезанын натыйжасы жылуулук заттын молекулаларынын бири-бирине механикалык аракетинин натыйжасы деген тыянак болду. Ломоносов узак убакыт бою бул теорияны негиздөөгө жана эксперименталдык түрдө далилдөөгө аракет кылган.
Жылуулук заттын ички энергиясынын өлчөмү
Заманбап илимпоздор төмөнкүдөй жыйынтыкка келишкен: жылуулук энергиясы – зат молекулаларынын өз ара аракетинин натыйжасы, башкача айтканда, дененин ички энергиясы. Бөлүкчөлөрдүн кыймылынын ылдамдыгы температурага көз каранды, ал эми жылуулуктун көлөмү заттын массасына түз пропорционал. Ошентип, бир чака суу толтурулган чөйчөккө караганда көбүрөөк жылуулук энергиясына ээ. Бирок, ысык суюктук бир табакмуздак бассейнге караганда жылуу болушу мүмкүн.
17-кылымда Галилео тарабынан сунушталган калория теориясын окумуштуулар Дж. Джоуль жана Б. Рамфорд жокко чыгарган. Алар жылуулук энергиясынын эч кандай массасы жок экенин жана молекулалардын механикалык кыймылы менен гана мүнөздөлөөрүн далилдешти.
Зат күйгөндө канча жылуулук бөлүнүп чыгат? Өзгөчө калориялуулугу
Бүгүнкү күндө торф, мунай, көмүр, жаратылыш газы же жыгач универсалдуу жана кеңири колдонулган энергия булактары. Бул заттарды күйгүзгөндө белгилүү өлчөмдө жылуулук бөлүнүп чыгат, ал жылытууга, механизмдерди ишке киргизүүгө жана башкаларга жумшалат. Бул чоңдукту практикада кантип эсептөөгө болот?
Бул үчүн күйүүнүн салыштырма жылуулугу түшүнүгү киргизилген. Бул чоңдук белгилүү бир заттын 1 кг күйгөндө бөлүнүп чыга турган жылуулуктун көлөмүнө жараша болот. Ал q тамгасы менен белгиленет жана Дж/кг менен өлчөнөт. Төмөндө эң кеңири таралган күйүүчү майлардын кээ бирлери үчүн q маанилеринин таблицасы келтирилген.
Двигательдерди курууда жана эсептөөдө инженер белгилүү өлчөмдөгү зат күйгөндө канча жылуулук бөлүнөрүн билиши керек. Бул үчүн Q=qm формуласын колдонуп кыйыр өлчөөлөрдү колдонсо болот, мында Q - заттын күйүү жылуулугу, q - күйүүнүн салыштырма жылуулугу (таблицадагы чоңдук), m - берилген масса.
Күйүү учурунда жылуулуктун пайда болушу химиялык байланыштар пайда болгондо энергиянын бөлүнүп чыгуу кубулушуна негизделген. Эң жөнөкөй мисал - камтылган көмүртектин күйүүсүзаманбап күйүүчү майдын ар кандай түрүнө. Көмүртек атмосфералык абанын катышуусунда күйүп, кычкылтек менен биригип, көмүр кычкыл газын пайда кылат. Химиялык байланыштын пайда болушу жылуулук энергиясынын айлана-чөйрөгө бөлүнүп чыгышы менен жүрөт жана адам бул энергияны өз максаттарына колдонууга ыңгайлашкан.
Тилекке каршы, мунай же торф сыяктуу баалуу ресурстарды ойлонбостон сарптоо бул отундарды өндүрүү булактарынын азайып кетишине алып келиши мүмкүн. Азыртадан эле электр приборлору, жада калса унаалардын жаңы моделдери пайда болууда, алардын иштеши күн нуру, суу же жер кыртышынын энергиясы сыяктуу альтернативдүү энергия булактарына негизделген.
Жылуулук берүү
Жылуулук энергиясын дененин ичинде же бир денеден экинчи денеге алмашуу жөндөмү жылуулук өткөрүмдүүлүк деп аталат. Бул көрүнүш өзүнөн-өзү пайда болбойт жана температуранын айырмасы менен гана пайда болот. Эң жөнөкөй учурда жылуулук энергиясы ысык денеден азыраак ысытылган денеге тең салмактуулук орногонго чейин өтөт.
Жылуулук берүү кубулушу пайда болушу үчүн денелердин байланышта болушу шарт эмес. Кандай болгон күндө да тең салмактуулукту орнотуу каралып жаткан объекттердин ортосундагы бир аз аралыкта да болушу мүмкүн, бирок алар тийгенге караганда жайыраак ылдамдыкта.
Жылуулук берүү үч түргө бөлүнөт:
1. Жылуулук өткөрүмдүүлүк.
2. Конвекция.
3. Радиант алмашуу.
Жылуулук өткөргүчтүк
Бул кубулуш заттын атомдорунун же молекулаларынын ортосундагы жылуулук энергиясын өткөрүүгө негизделген. Себепберүү - молекулалардын башаламан кыймылы жана алардын тынымсыз кагылышуусу. Ушундан улам жылуулук чынжыр боюнча бир молекуладан экинчи молекулага өтөт.
Жылуулук өткөргүчтүүлүк кубулушун кандайдыр бир темир материал кальциленгенде, бетиндеги кызаруусу бир калыпта жайылып, акырындык менен өчүп (чөйрөгө белгилүү өлчөмдө жылуулук бөлүнүп чыкканда) байкалат.
F. Фурье жылуулук агымынын формуласын чыгарган, ал заттын жылуулук өткөрүмдүүлүк даражасына таасир этүүчү бардык чоңдуктарды чогулткан (төмөндөгү сүрөттү караңыз).
Бул формулада Q/t – жылуулук агымы, λ – жылуулук өткөрүмдүүлүк коэффициенти, S – кесилишинин аянты, T/X – дененин учтары ортосундагы температура айырмасынын катышы. белгилүү бир аралык.
Жылуулук өткөргүчтүк таблицадагы маани. Турак жайды жылуулоодо же жабдууларды жылуулуктан изоляциялоодо практикалык мааниге ээ.
Радианттык жылуулук өткөргүч
Жылуулук берүүнүн дагы бир жолу, ал электромагниттик нурлануу кубулушуна негизделген. Анын конвекциядан жана жылуулук өткөрүмдүүлүктөн айырмасы энергиянын берилиши вакуум мейкиндигинде да болушу мүмкүн экендигинде. Бирок, биринчи учурда болгондой, температуранын айырмасы талап кылынат.
Радиациялык алмашуу - бул негизинен инфракызыл нурлануу үчүн жооптуу болгон Күндөн Жердин бетине жылуулук энергиясын берүүнүн мисалы. Жердин бетине канча жылуулук жетээрин аныктоо үчүн көптөгөн станциялар курулган, аларбул көрсөткүчтүн өзгөрүшүнө көз салыңыз.
Конвекция
Аба агымынын конвективдүү кыймылы жылуулук берүү кубулушуна түздөн-түз байланыштуу. Суюктукка же газга канчалык жылуулук бергенибизге карабастан, заттын молекулалары ылдамыраак кыймылдай баштайт. Ушундан улам, бүт системанын басымы төмөндөйт, ал эми көлөмү, тескерисинче, көбөйөт. Бул жылуу аба агымдарынын же башка газдардын өйдө карай жылышынын себеби.
Күнүмдүк жашоодо конвекция феноменин колдонуунун эң жөнөкөй мисалын бөлмөнү батарейкалар менен жылытуу десек болот. Алар кандайдыр бир себептерден улам бөлмөнүн ылдый жагында жайгашкан, бирок ысытылган аба көтөрүлө тургандай кылып, бул бөлмөнүн айланасында агымдардын айлануусуна алып келет.
Жылуулукту кантип өлчөөгө болот?
Жытуу же муздатуу жылуулукту математикалык түрдө атайын прибор - калориметр аркылуу эсептейт. Орнотуу суу менен толтурулган чоң жылуулук изоляцияланган идиш менен көрсөтүлөт. чөйрөнүн баштапкы температурасын өлчөө үчүн суюктукка термометр түшүрүлөт. Андан кийин тең салмактуулук орногондон кийин суюктуктун температурасынын өзгөрүшүн эсептөө үчүн ысытылган дене сууга түшүрүлөт.
t жогорулатуу же азайтуу менен айлана-чөйрө денени жылытуу үчүн канча жылуулук сарпталышы керектигин аныктайт. Калориметр температуранын өзгөрүшүн каттай турган эң жөнөкөй түзүлүш.
Ошондой эле калориметрди колдонуп, күйүү учурунда канча жылуулук бөлүнүп чыгаарын эсептей аласыззаттар. Бул үчүн "бомба" суу толтурулган идишке салынат. Бул «бомба» сыноочу зат жайгашкан жабык идиш. Ага өрт коюу үчүн атайын электроддор кошулуп, камера кычкылтек менен толтурулат. Зат толук күйгөндөн кийин суунун температурасынын өзгөрүшү катталат.
Мындай эксперименттердин журушунде жылуулук энергиясынын булактары химиялык жана ядролук реакциялар экендиги аныкталды. Ядролук реакциялар Жердин терең катмарларында жүрүп, бүткүл планета үчүн жылуулуктун негизги запасын түзөт. Алар ошондой эле адамдар тарабынан ядролук синтез аркылуу энергия өндүрүү үчүн колдонулат.
Химиялык реакцияларга мисал катары адамдын тамак сиңирүү системасында заттардын күйүшү жана полимерлердин мономерлерге бөлүнүшү саналат. Молекуладагы химиялык байланыштардын сапаты жана саны акыры канча жылуулуктун бөлүнүп чыгышын аныктайт.
Жылуулук кантип өлчөнөт?
Эл аралык SI системасындагы жылуулуктун бирдиги – джоуль (Дж). Ошондой эле күнүмдүк жашоодо системадан тышкаркы бирдиктер колдонулат - калория. 1 калория эл аралык стандарт боюнча 4,1868 Дж жана термохимия боюнча 4,184 Дж түзөт. Мурда окумуштуулар сейрек колдонгон бту бту болгон. 1 BTU=1,055 Дж.
