38. Расчет количества теплоты в различных случаях. Агрегатные состояния вещества (основной урок)

Температура – это мера средней кинетической энергии молекул.

Из первого закона термодинамики видно, что основные способы изменения внутренней энергии тела – работа и передача тепла (теплообмен).

Виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, излучение.

Теплопроводность. Скорость передачи теплоты: .

, где – коэффициент теплопроводности, зависящий от материала, который определяется по специальной таблице; – площадь поверхности; - модуль разности температур; – толщина проводящего слоя.

Процесс передачи энергии, сопряженный с переносом массы газа или жидкости, называется конвекцией.

Когда движение газа или жидкости возникает благодаря разности в плотности, как в рассмотренном случае, процесс называется естественной конвекцией.

Пример: циркуляция воздуха на пляже.

Когда движение жидкости или газа обеспечивается вентилятором, насосом и т.п., как в некоторых системах воздушного или водяного отопления, то процесс называется принудительной конвекцией.

Электромагнитное излучение – еще один связанный с изменением температуры способ передачи энергии.

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, возникающее за счет внутренней энергии тела.

Пример: излучение Солнца.

Калория (кал) – это количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус. Несистемная единица измерения количества теплоты: .

Количество энергии, необходимое для увеличения температуры тела на 1 K (независимо от способа передачи тепла), называется теплоемкостью тела (C).

Удельная теплоемкость вещества () – это количество энергии (), необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 К.

, где – масса тела, - его изменение температуры.

Пример: удельная теплоемкость воды .

Вещество может находиться в одном из трех основных состояний: газообразном, жидком и твердом. Эти состояния называются агрегатными.

Благодаря большой разреженности вещества в газообразном состоянии его молекулы находятся на таких больших (относительно размеров молекул) расстояниях друг от друга, что взаимодействием молекул можно пренебречь.

В жидком состоянии расстояния между молекулами сравнимы с их размерами. Поэтому молекулы постоянно и сильно взаимодействуют друг с другом, и их тепловое движение имеет сложный, запутанный характер.

Атомы или молекулы твердых тел колеблются возле определенных положений равновесия. Эти положения равновесия могут составлять правильную пространственную структуру – кристаллическую решетку. Такие твердые тела называются кристаллическими.

Пример: кристаллическую структуру имеют алмаз, графит, а также множество металлов.

Твердое тело, состоящее из множества мелких кристаллов, называют поликристаллическим, а тело, состоящее из одного кристалла, – монокристаллическим.

В природе встречаются вещества, которые объединяют свойства кристаллических твердых тел и жидкостей. Они обладают текучестью как жидкость или аморфное твердое тело и анизотропией (неодинаковостью физических свойств в разных направлениях), что является отличительной чертой кристаллических тел. Такие вещества называют жидкими кристаллами.

Фаза – это синоним агрегатного состояния. Чтобы вещество перешло из одной фазы в другую, ему должно быть передано или у него отнято определенное количество теплоты, которое зависит от вещества и типа фазового перехода. Количество теплоты, требуемое для перевода вещества в другую фазу, называется скрытой или удельной теплотой.

, где – удельная теплота фазового перехода, – масса вещества.

Процесс преобразования твердого кристаллического тела в жидкость называется плавлением; процесс преобразования жидкости в твердое кристаллическое тело называется кристаллизацией.

Удельная теплота плавления (кристаллизации) () – это величина, которая численно равна количеству теплоты, необходимой для преобразования 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления в жидкость той же температуры или количеству теплоты, выделяющемуся при преобразовании 1 кг жидкости в кристаллическое вещество той же температуры: .

Пример: удельная теплота плавления льда .

Удельная теплота парообразования (конденсации) () – это величина, которая численно равна количеству теплоты, поглощенной 1 кг жидкости при превращении в пар или выделенной 1 кг пара при превращении в жидкость при неизменной температуре.

Пример: удельная теплота парообразования воды .

Ссылки на ресурсы Интернетурока

1. Удельная теплота плавления

2. Удельная теплоёмкость

3. Конвекция

4. Излучение

5. Теплопроводность

6. Способы изменения внутренней энергии

Ссылки на сторонние ресурсы

1. Elementy.ru (Источник).

2. Dpva.info (Источник).

3. Словари и энциклопедии на Академике (Источник).