भौतिकशास्त्रातील उष्णता शोधण्याचे सूत्र. शरीराला गरम करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेच्या प्रमाणाची गणना किंवा थंड होण्याच्या वेळी ते सोडले जाते

« भौतिकशास्त्र - 10वी इयत्ता"

पदार्थाचे एकूण परिवर्तन कोणत्या प्रक्रियेत होते?
तुम्ही पदार्थाच्या एकत्रीकरणाची स्थिती कशी बदलू शकता?

तुम्ही काम करून, गरम करून किंवा उलट, थंड करून कोणत्याही शरीराची अंतर्गत ऊर्जा बदलू शकता.
तर, मेटल फोर्जिंग करताना, काम केले जाते आणि ते गरम होते, त्याच वेळी जळत्या ज्वालावर धातू गरम करता येते.

तसेच, जर तुम्ही पिस्टन (Fig. 13.5) निश्चित केले तर गरम झाल्यावर गॅसची मात्रा बदलत नाही आणि कोणतेही काम केले जात नाही. परंतु वायूचे तापमान आणि त्यामुळे त्याची अंतर्गत ऊर्जा वाढते.

अंतर्गत ऊर्जा वाढू शकते आणि कमी होऊ शकते, त्यामुळे उष्णतेचे प्रमाण सकारात्मक किंवा नकारात्मक असू शकते.

काम न करता एका शरीरातून दुसऱ्या शरीरात ऊर्जा हस्तांतरित करण्याच्या प्रक्रियेला म्हणतात उष्णता विनिमय.

उष्णता हस्तांतरणादरम्यान अंतर्गत उर्जेतील बदलाचे परिमाणवाचक माप म्हणतात उष्णता रक्कम.

उष्णता हस्तांतरणाचे आण्विक चित्र.

शरीराच्या सीमेवर उष्णतेची देवाणघेवाण करताना, थंड शरीराच्या हळूहळू हलणारे रेणू आणि गरम शरीराच्या वेगवान रेणूंचा परस्परसंवाद होतो. परिणामी, रेणूंच्या गतिज शक्ती समान होतात आणि शीत शरीरातील रेणूंचा वेग वाढतो आणि गरम शरीरातील गती कमी होते.

उष्णतेच्या देवाणघेवाण दरम्यान, उर्जा एका स्वरूपातून दुसऱ्या स्वरूपात बदलली जात नाही;

उष्णता आणि उष्णता क्षमता.

आपणास आधीच माहित आहे की तापमान t 1 ते तापमान t 2 पर्यंत वस्तुमानाचे शरीर गरम करण्यासाठी त्यात उष्णता हस्तांतरित करणे आवश्यक आहे:

Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (१३.५)

जेव्हा एखादे शरीर थंड होते, तेव्हा त्याचे अंतिम तापमान t 2 हे प्रारंभिक तापमान t 1 पेक्षा कमी होते आणि शरीराने दिलेली उष्णता ऋणात्मक असते.

सूत्रातील गुणांक c (13.5) म्हणतात विशिष्ट उष्णता क्षमतापदार्थ

विशिष्ट उष्णता- 1 किलो वजनाचा पदार्थ जेव्हा त्याचे तापमान 1 K ने बदलतो तेव्हा प्राप्त किंवा सोडल्या जाणाऱ्या उष्णतेच्या संख्येइतके हे प्रमाण आहे.

वायूंची विशिष्ट उष्णता क्षमता ही उष्णता स्थानांतरणाच्या प्रक्रियेवर अवलंबून असते. जर तुम्ही सतत दाबाने गॅस गरम केला तर ते विस्तारेल आणि कार्य करेल. स्थिर दाबाने गॅस 1 डिग्री सेल्सियसने गरम करण्यासाठी, त्याला स्थिर व्हॉल्यूमवर गरम करण्यापेक्षा जास्त उष्णता हस्तांतरित करणे आवश्यक आहे, जेव्हा गॅस फक्त गरम होईल.

द्रव आणि घन पदार्थ गरम झाल्यावर किंचित विस्तारतात. स्थिर आवाज आणि स्थिर दाबावर त्यांची विशिष्ट उष्णता क्षमता थोडी वेगळी असते.

वाष्पीकरणाची विशिष्ट उष्णता.

उकळत्या प्रक्रियेदरम्यान द्रवाचे वाफेमध्ये रूपांतर करण्यासाठी, विशिष्ट प्रमाणात उष्णता हस्तांतरित करणे आवश्यक आहे. जेव्हा द्रव उकळतो तेव्हा त्याचे तापमान बदलत नाही. स्थिर तापमानात द्रवाचे वाफेमध्ये रूपांतर केल्याने रेणूंच्या गतिज उर्जेमध्ये वाढ होत नाही, परंतु त्यांच्या परस्परसंवादाच्या संभाव्य उर्जेमध्ये वाढ होते. तथापि, द्रव रेणूंमधील गॅस रेणूंमधील सरासरी अंतर जास्त आहे.

स्थिर तापमानावर 1 किलो वजनाच्या द्रवाचे वाफेमध्ये रूपांतर करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेच्या प्रमाणाच्या संख्यात्मकदृष्ट्या समान प्रमाण म्हणतात. वाष्पीकरणाची विशिष्ट उष्णता.

द्रवाच्या बाष्पीभवनाची प्रक्रिया कोणत्याही तापमानात होते, तर सर्वात वेगवान रेणू द्रव सोडतात आणि बाष्पीभवनादरम्यान ते थंड होते. बाष्पीभवनाची विशिष्ट उष्णता ही बाष्पीभवनाच्या विशिष्ट उष्णतेइतकी असते.

हे मूल्य r अक्षराने दर्शविले जाते आणि प्रति किलोग्राम (J/kg) जूलमध्ये व्यक्त केले जाते.

पाण्याच्या बाष्पीभवनाची विशिष्ट उष्णता खूप जास्त असते: r H20 = 2.256 10 6 J/kg 100 °C तापमानात. इतर द्रवपदार्थांसाठी, उदाहरणार्थ अल्कोहोल, इथर, पारा, केरोसीन, वाष्पीकरणाची विशिष्ट उष्णता पाण्यापेक्षा 3-10 पट कमी असते.

m द्रव्यमानाच्या द्रवाचे वाफेमध्ये रूपांतर करण्यासाठी, उष्णतेचे प्रमाण आवश्यक आहे:

Q p = rm. (१३.६)

वाफेचे घनरूप झाल्यावर, समान प्रमाणात उष्णता सोडली जाते:

Q k = -rm. (१३.७)

फ्यूजनची विशिष्ट उष्णता.

जेव्हा स्फटिकासारखे शरीर वितळते तेव्हा त्याला पुरवलेली सर्व उष्णता रेणूंमधील परस्परसंवादाची संभाव्य ऊर्जा वाढवते. रेणूंची गतिज ऊर्जा बदलत नाही, कारण वितळणे स्थिर तापमानात होते.

वितळण्याच्या बिंदूवर 1 किलो वजनाच्या स्फटिकासारखे पदार्थ द्रवात रूपांतरित करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेच्या संख्येच्या समान मूल्याला म्हणतात. फ्यूजनची विशिष्ट उष्णताआणि λ या अक्षराने दर्शविले जाते.

जेव्हा 1 किलो वजनाचा पदार्थ स्फटिक होतो, तेव्हा वितळताना शोषली जाते तेवढीच उष्णता सोडली जाते.

बर्फ वितळण्याची विशिष्ट उष्णता खूप जास्त असते: 3.34 10 5 J/kg.

“जर बर्फात फ्यूजनची उच्च उष्णता नसेल तर वसंत ऋतूमध्ये बर्फाचे संपूर्ण वस्तुमान काही मिनिटे किंवा सेकंदात वितळले गेले असते, कारण उष्णता सतत हवेतून बर्फात हस्तांतरित केली जाते. याचे परिणाम भयंकर होतील; शेवटी, सध्याच्या परिस्थितीतही, मोठ्या प्रमाणात बर्फ किंवा बर्फ वितळल्यावर मोठा पूर आणि पाण्याचे जोरदार प्रवाह उद्भवतात. आर. ब्लॅक, XVIII शतक.

द्रव्यमान m चे स्फटिकासारखे शरीर वितळण्यासाठी, उष्णता आवश्यक असते:

Qpl = λm. (१३.८)

शरीराच्या क्रिस्टलायझेशन दरम्यान सोडल्या जाणार्या उष्णतेचे प्रमाण समान आहे:

Q cr = -λm (13.9)

उष्णता संतुलन समीकरण.

सुरुवातीला भिन्न तापमान असलेल्या अनेक शरीरांचा समावेश असलेल्या प्रणालीमध्ये उष्णता विनिमयाचा विचार करूया, उदाहरणार्थ, भांड्यातील पाणी आणि पाण्यात उतरलेला गरम लोखंडी गोळा यांच्यातील उष्णता विनिमय. उर्जेच्या संवर्धनाच्या नियमानुसार, एका शरीराद्वारे दिलेली उष्णता दुसऱ्या शरीराला मिळालेल्या उष्णतेच्या संख्येइतकी असते.

दिलेल्या उष्णतेचे प्रमाण ऋण मानले जाते, प्राप्त झालेल्या उष्णतेचे प्रमाण सकारात्मक मानले जाते. म्हणून, उष्णतेचे एकूण प्रमाण Q1 + Q2 = 0.

जर एका वेगळ्या प्रणालीमध्ये अनेक शरीरांमध्ये उष्णता विनिमय होत असेल तर

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)

समीकरण (13.10) म्हणतात उष्णता संतुलन समीकरण.

येथे Q 1 Q 2, Q 3 हे शरीराला मिळालेल्या किंवा दिलेल्या उष्णतेचे प्रमाण आहेत. उष्णतेचे हे प्रमाण सूत्र (13.5) किंवा सूत्र (13.6)-(13.9) द्वारे व्यक्त केले जाते, जर उष्मा विनिमय प्रक्रियेदरम्यान पदार्थाचे विविध टप्प्यातील परिवर्तन (वितळणे, क्रिस्टलायझेशन, बाष्पीभवन, संक्षेपण) झाले.

ज्ञात आहे की, विविध यांत्रिक प्रक्रियेदरम्यान यांत्रिक उर्जेमध्ये बदल होतो. यांत्रिक उर्जेतील बदलाचे मोजमाप म्हणजे प्रणालीवर लागू केलेल्या शक्तींचे कार्य:

उष्णता विनिमय दरम्यान, शरीराच्या अंतर्गत उर्जेमध्ये बदल होतो. उष्णता हस्तांतरणादरम्यान अंतर्गत ऊर्जेतील बदलाचे मोजमाप म्हणजे उष्णतेचे प्रमाण.

उष्णतेचे प्रमाणउष्णता विनिमय प्रक्रियेदरम्यान शरीराला प्राप्त होणारी (किंवा हार मानणारी) अंतर्गत ऊर्जेतील बदलाचे मोजमाप आहे.

अशाप्रकारे, कार्य आणि उष्णतेचे प्रमाण दोन्ही ऊर्जेतील बदल दर्शवितात, परंतु ते ऊर्जेसारखे नसतात. ते स्वतः सिस्टमची स्थिती दर्शवत नाहीत, परंतु जेव्हा स्थिती बदलते आणि प्रक्रियेच्या स्वरूपावर लक्षणीय अवलंबून असते तेव्हा एका प्रकारातून दुसऱ्या प्रकारात (एका शरीरातून दुसऱ्या शरीरात) ऊर्जा संक्रमणाची प्रक्रिया निर्धारित करतात.

काम आणि उष्णतेचे प्रमाण यातील मुख्य फरक असा आहे की कार्य प्रणालीची अंतर्गत उर्जा बदलण्याची प्रक्रिया दर्शवते, तसेच उर्जेचे एका प्रकारातून दुसऱ्या प्रकारात (यांत्रिक ते अंतर्गत) परिवर्तन होते. उष्णतेचे प्रमाण एका शरीरातून दुसऱ्या शरीरात (अधिक गरम ते कमी गरम) अंतर्गत उर्जेच्या हस्तांतरणाची प्रक्रिया दर्शवते, ऊर्जा परिवर्तनांसह नाही.

अनुभव दर्शवितो की तापमानापासून तापमानापर्यंत मीटर वस्तुमानाचे शरीर गरम करण्यासाठी आवश्यक उष्णतेचे प्रमाण सूत्राद्वारे मोजले जाते.

जेथे c ही पदार्थाची विशिष्ट उष्णता क्षमता असते;

विशिष्ट उष्णता क्षमतेचे SI युनिट ज्युल प्रति किलोग्राम केल्विन (J/(kg K)) आहे.

विशिष्ट उष्णता c ही संख्या 1 किलो वजनाच्या शरीराला 1 K ने उष्णता देण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेच्या प्रमाणात असते.

उष्णता क्षमताशरीराचे तापमान 1 K ने बदलण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेच्या प्रमाणात शरीर संख्यात्मकदृष्ट्या समान आहे:

शरीराच्या उष्णता क्षमतेचे SI एकक हे जूल प्रति केल्विन (J/K) आहे.

स्थिर तापमानात द्रवाचे वाफेमध्ये रूपांतर करण्यासाठी, भरपूर उष्णता खर्च करणे आवश्यक आहे

जेथे L ही वाष्पीकरणाची विशिष्ट उष्णता आहे. जेव्हा वाफेचे घनरूप होते तेव्हा समान प्रमाणात उष्णता सोडली जाते.

वितळण्याच्या तपमानावर m चे स्फटिकासारखे वस्तुमान वितळण्यासाठी, शरीराला उष्णता देणे आवश्यक आहे.

फ्यूजनची विशिष्ट उष्णता कुठे आहे. जेव्हा शरीर स्फटिकासारखे बनते, तेव्हा समान प्रमाणात उष्णता सोडली जाते.

द्रव्यमान m सह इंधनाच्या संपूर्ण दहन दरम्यान सोडलेल्या उष्णतेचे प्रमाण,

जेथे q ही ज्वलनाची विशिष्ट उष्णता असते.

बाष्पीभवन, वितळणे आणि ज्वलनाच्या विशिष्ट उष्णतेचे SI एकक ज्युल प्रति किलोग्राम (J/kg) आहे.

बाह्य शक्तींच्या कार्यामुळे शरीराची अंतर्गत ऊर्जा बदलू शकते. उष्णता हस्तांतरणादरम्यान अंतर्गत ऊर्जेतील बदल दर्शविण्याकरिता, उष्णतेचे प्रमाण नावाचे प्रमाण आणि क्यू दर्शविलेले आहे.

आंतरराष्ट्रीय प्रणालीमध्ये, उष्णतेचे एकक, तसेच कार्य आणि ऊर्जा, ज्युल आहे: = = = 1 जे.

सराव मध्ये, उष्णतेच्या प्रमाणाचे एक नॉन-सिस्टमिक युनिट कधीकधी वापरले जाते - कॅलरी. 1 कॅल. = 4.2 जे.

हे लक्षात घ्यावे की "उष्णतेचे प्रमाण" हा शब्द दुर्दैवी आहे. हे अशा वेळी सादर केले गेले जेव्हा असे मानले जात होते की शरीरात काही वजनहीन, मायावी द्रव - कॅलोरिक असते. उष्मा विनिमय प्रक्रियेत असे मानले जाते की उष्मांक, एका शरीरातून दुसऱ्या शरीरात वाहते, त्याच्याबरोबर विशिष्ट प्रमाणात उष्णता असते. आता, पदार्थाच्या संरचनेच्या आण्विक-गतिशास्त्रीय सिद्धांताची मूलभूत माहिती जाणून घेतल्यावर, आपल्याला समजते की शरीरात उष्मांक नसते, शरीराची अंतर्गत ऊर्जा बदलण्याची यंत्रणा वेगळी असते. तथापि, परंपरेची शक्ती महान आहे आणि आम्ही उष्णतेच्या स्वरूपाविषयी चुकीच्या कल्पनांच्या आधारे सादर केलेली संज्ञा वापरत आहोत. त्याच वेळी, उष्णता हस्तांतरणाचे स्वरूप समजून घेतल्यास, त्याबद्दलच्या गैरसमजांकडे पूर्णपणे दुर्लक्ष करू नये. याउलट, उष्णतेचा प्रवाह आणि उष्मांकाच्या काल्पनिक द्रवाचा प्रवाह, उष्णतेचे प्रमाण आणि उष्मांक यांचे प्रमाण यांच्यातील साधर्म्य रेखाटून, काही विशिष्ट वर्गांच्या समस्या सोडवताना, चालू असलेल्या प्रक्रियांचे अचूकपणे कल्पना करणे शक्य होते. समस्या सोडवा. सरतेशेवटी, उष्णता वाहक म्हणून उष्मांकाबद्दलच्या चुकीच्या कल्पनांच्या आधारे उष्णता हस्तांतरण प्रक्रियेचे वर्णन करणारी योग्य समीकरणे एकदा प्राप्त झाली.

उष्णता विनिमयाच्या परिणामी उद्भवू शकणाऱ्या प्रक्रियांचा अधिक तपशीलवार विचार करूया.

चाचणी ट्यूबमध्ये थोडे पाणी घाला आणि स्टॉपरने बंद करा. आम्ही टेस्ट ट्यूबला स्टँडमध्ये ठेवलेल्या रॉडमधून लटकवतो आणि त्याखाली एक खुली ज्योत ठेवतो. टेस्ट ट्यूबला ज्योतीमधून विशिष्ट प्रमाणात उष्णता मिळते आणि त्यातील द्रवाचे तापमान वाढते. जसजसे तापमान वाढते तसतसे द्रवाची अंतर्गत ऊर्जा वाढते. बाष्पीकरणाची तीव्र प्रक्रिया होते. स्टॉपरला चाचणी ट्यूबच्या बाहेर ढकलण्यासाठी विस्तारित द्रव वाष्प यांत्रिक कार्य करतात.

कार्टवर बसवलेल्या पितळी नळीच्या तुकड्यापासून बनवलेल्या तोफेच्या मॉडेलसह आणखी एक प्रयोग करूया. एका बाजूला इबोनाइट प्लगने ट्यूब घट्ट बंद केली जाते ज्याद्वारे एक पिन जातो. तारा पिन आणि ट्यूबवर सोल्डर केल्या जातात, टर्मिनल्समध्ये समाप्त होतात ज्याला लाइटिंग नेटवर्कमधून व्होल्टेज पुरवले जाऊ शकते. तोफ मॉडेल अशा प्रकारे इलेक्ट्रिक बॉयलरचा एक प्रकार आहे.

तोफ बॅरलमध्ये थोडे पाणी घाला आणि रबर स्टॉपरने ट्यूब बंद करा. चला तोफाला उर्जा स्त्रोताशी जोडूया. पाण्यामधून जाणारा विद्युत प्रवाह ते गरम करतो. पाणी उकळते, ज्यामुळे तीव्र वाफ तयार होते. पाण्याच्या वाफेचा दाब वाढतो आणि शेवटी, ते बंदुकीच्या बॅरलमधून प्लग बाहेर ढकलण्याचे काम करतात.

तोफा, मागे हटल्यामुळे, प्लग बाहेर काढण्याच्या विरुद्ध दिशेने वळते.

दोन्ही अनुभव पुढील परिस्थितींमुळे एकत्र येतात. विविध प्रकारे द्रव गरम करण्याच्या प्रक्रियेत, द्रवाचे तापमान आणि त्यानुसार, त्याची अंतर्गत ऊर्जा वाढली. द्रव उकळण्यासाठी आणि तीव्रतेने बाष्पीभवन करण्यासाठी, ते गरम करणे सुरू ठेवणे आवश्यक होते.

द्रव वाष्प, त्यांच्या अंतर्गत उर्जेमुळे, यांत्रिक कार्य केले.

शरीराला उष्णता देण्यासाठी लागणारे उष्णतेचे प्रमाण, त्याचे वस्तुमान, तापमानातील बदल आणि पदार्थाचा प्रकार यावर आम्ही अवलंबित्व तपासतो. या अवलंबनांचा अभ्यास करण्यासाठी आम्ही पाणी आणि तेल वापरू. (प्रयोगातील तापमान मोजण्यासाठी, मिरर गॅल्व्हानोमीटरला जोडलेल्या थर्मोकूपलपासून बनवलेले इलेक्ट्रिक थर्मोमीटर वापरले जाते. एक थर्मोकूपल जंक्शन थंड पाण्याने भांड्यात खाली केले जाते जेणेकरून त्याचे स्थिर तापमान सुनिश्चित होईल. दुसरे थर्मोकूपल जंक्शन द्रवचे तापमान मोजते. अभ्यासाधीन).

अनुभवामध्ये तीन मालिका आहेत. पहिल्या मालिकेत, विशिष्ट द्रव (आमच्या बाबतीत, पाणी) च्या स्थिर वस्तुमानासाठी, तापमानातील बदलांवर ते गरम करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेच्या अवलंबनाचा अभ्यास केला जातो. हीटर (इलेक्ट्रिक स्टोव्ह) पासून द्रवपदार्थाद्वारे प्राप्त झालेल्या उष्णतेचे प्रमाण आम्ही गरम करण्याच्या वेळेनुसार ठरवू, असे गृहीत धरून की त्यांच्यामध्ये थेट आनुपातिक संबंध आहे. प्रयोगाचा परिणाम या गृहीतकाशी जुळण्यासाठी, इलेक्ट्रिक स्टोव्हपासून गरम झालेल्या शरीरात स्थिर उष्णता प्रवाह सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे. हे करण्यासाठी, इलेक्ट्रिक स्टोव्ह आगाऊ प्लग केला गेला होता, जेणेकरून प्रयोगाच्या सुरूवातीस, त्याच्या पृष्ठभागाचे तापमान बदलणे थांबेल. प्रयोगादरम्यान द्रव अधिक समान रीतीने गरम करण्यासाठी, आम्ही थर्मोकूपल वापरून ते ढवळू. प्रकाश स्पॉट स्केलच्या काठावर येईपर्यंत आम्ही नियमित अंतराने थर्मामीटर रीडिंग रेकॉर्ड करू.

आपण निष्कर्ष काढूया: शरीराला गरम करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेचे प्रमाण आणि त्याच्या तापमानातील बदल यांच्यात थेट आनुपातिक संबंध आहे.

प्रयोगांच्या दुसऱ्या शृंखलामध्ये आम्ही वेगवेगळ्या वस्तुमानांच्या समान द्रव्यांना गरम करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेच्या प्रमाणांची तुलना करू जेव्हा त्यांचे तापमान समान प्रमाणात बदलते.

प्राप्त मूल्यांची तुलना करण्याच्या सोयीसाठी, दुसऱ्या प्रयोगासाठी पाण्याचे वस्तुमान पहिल्या प्रयोगापेक्षा दुप्पट कमी मानले जाईल.

आम्ही नियमित अंतराने थर्मामीटर रीडिंग पुन्हा रेकॉर्ड करू.

पहिल्या आणि दुसऱ्या प्रयोगांच्या परिणामांची तुलना केल्यास, खालील निष्कर्ष काढले जाऊ शकतात.

प्रयोगांच्या तिसऱ्या शृंखलामध्ये आपण वेगवेगळ्या द्रवांचे समान वस्तुमान गरम करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेच्या प्रमाणांची तुलना करू जेव्हा त्यांचे तापमान समान प्रमाणात बदलते.

आम्ही इलेक्ट्रिक स्टोव्हवर तेल गरम करू, ज्याचे वस्तुमान पहिल्या प्रयोगात पाण्याच्या वस्तुमानाच्या बरोबरीचे आहे. आम्ही नियमित अंतराने थर्मामीटर रीडिंग रेकॉर्ड करू.

प्रयोगाचा परिणाम या निष्कर्षाची पुष्टी करतो की शरीराला गरम करण्यासाठी आवश्यक उष्णतेचे प्रमाण त्याच्या तापमानातील बदलाशी थेट प्रमाणात असते आणि त्याव्यतिरिक्त, पदार्थाच्या प्रकारावर या उष्णतेचे अवलंबित्व दर्शवते.

प्रयोगात तेल वापरले असल्याने, ज्याची घनता पाण्याच्या घनतेपेक्षा कमी आहे आणि विशिष्ट तापमानाला तेल गरम करण्यासाठी पाणी गरम करण्यापेक्षा कमी उष्णता लागते, असे गृहीत धरले जाऊ शकते की शरीराला गरम करण्यासाठी किती उष्णता लागते यावर अवलंबून असते. घनता

या गृहीतकाची चाचणी करण्यासाठी, आम्ही एकाच वेळी स्थिर पॉवर हीटरवर समान द्रव्यमान पाणी, पॅराफिन आणि तांबे गरम करू.

त्याच वेळी, तांब्याचे तापमान अंदाजे 10 पट आणि पॅराफिनचे तापमान पाण्याच्या तापमानापेक्षा अंदाजे 2 पट जास्त असते.

पण तांब्याची घनता जास्त असते आणि पॅराफिनची घनता पाण्यापेक्षा कमी असते.

अनुभव असे दर्शवितो की ज्या पदार्थांपासून उष्णता विनिमयामध्ये गुंतलेली शरीरे तयार केली जातात त्यांच्या तापमानातील बदलाच्या दराचे वैशिष्ट्य दर्शविणारी मात्रा घनता नसते. या प्रमाणाला पदार्थाची विशिष्ट उष्णता क्षमता असे म्हणतात आणि c या अक्षराने दर्शविले जाते.

विविध पदार्थांच्या विशिष्ट उष्णता क्षमतेची तुलना करण्यासाठी एक विशेष उपकरण वापरला जातो. डिव्हाइसमध्ये रॅक असतात ज्यामध्ये एक पातळ पॅराफिन प्लेट आणि त्यामधून जाणारी रॉड असलेली पट्टी जोडलेली असते. समान वस्तुमानाचे ॲल्युमिनियम, स्टील आणि पितळ सिलिंडर रॉड्सच्या टोकाला निश्चित केले जातात.

गरम स्टोव्हवर उभ्या असलेल्या पाण्याच्या भांड्यात सिलेंडर्स बुडवून त्याच तापमानाला गरम करू. आम्ही गरम सिलेंडर रॅकमध्ये सुरक्षित करतो आणि त्यांना फास्टनिंगमधून सोडतो. सिलेंडर एकाच वेळी पॅराफिन प्लेटला स्पर्श करतात आणि पॅराफिन वितळवून त्यात बुडण्यास सुरवात करतात. पॅराफिन प्लेटमध्ये समान वस्तुमानाच्या सिलेंडर्सच्या विसर्जनाची खोली, जेव्हा त्यांचे तापमान समान प्रमाणात बदलते तेव्हा भिन्न होते.

अनुभव दर्शवितो की ॲल्युमिनियम, स्टील आणि पितळ यांच्या विशिष्ट उष्णता क्षमता भिन्न आहेत.

घन पदार्थांचे वितळणे, द्रवांचे बाष्पीभवन आणि इंधनाचे ज्वलन यावर योग्य प्रयोग केल्यावर, आम्हाला खालील परिमाणात्मक अवलंबित्व प्राप्त होते.

विशिष्ट प्रमाणांची एकके मिळविण्यासाठी, ते संबंधित सूत्रांमधून आणि परिणामी अभिव्यक्तींमध्ये उष्णतेच्या पर्यायी एककांमध्ये व्यक्त केले जाणे आवश्यक आहे - 1 जे, वस्तुमान - 1 किलो, आणि विशिष्ट उष्णता क्षमतेसाठी - 1 के.

आम्हाला खालील युनिट्स मिळतात: विशिष्ट उष्णता क्षमता – 1 J/kg·K, इतर विशिष्ट उष्णता: 1 J/kg.

या धड्यात आपण शरीराला गरम करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेचे प्रमाण कसे मोजायचे ते शिकू किंवा थंड झाल्यावर त्यातून बाहेर पडू शकतो. हे करण्यासाठी, आम्ही मागील धड्यांमध्ये घेतलेल्या ज्ञानाचा सारांश देऊ.

या व्यतिरिक्त, आपण उष्णतेच्या प्रमाणासाठी सूत्र वापरून, या सूत्रातून उर्वरित प्रमाणे व्यक्त करणे आणि इतर प्रमाण जाणून घेऊन त्यांची गणना करणे शिकू. उष्णतेचे प्रमाण मोजण्यासाठी उपाय असलेल्या समस्येचे उदाहरण देखील विचारात घेतले जाईल.

हा धडा शरीराला गरम केल्यावर किंवा थंड झाल्यावर सोडल्यावर उष्णतेचे प्रमाण मोजण्यासाठी समर्पित आहे.

आवश्यक प्रमाणात उष्णता मोजण्याची क्षमता खूप महत्वाची आहे. हे आवश्यक असू शकते, उदाहरणार्थ, खोली गरम करण्यासाठी पाण्याला किती उष्णता द्यावी लागेल याची गणना करताना.

तांदूळ. 1. खोली गरम करण्यासाठी पाण्याला किती उष्णता दिली पाहिजे

किंवा विविध इंजिनमध्ये इंधन जाळल्यावर सोडल्या जाणाऱ्या उष्णतेचे प्रमाण मोजण्यासाठी:

तांदूळ. 2. इंजिनमध्ये इंधन जाळल्यावर सोडल्या जाणाऱ्या उष्णतेचे प्रमाण

हे ज्ञान देखील आवश्यक आहे, उदाहरणार्थ, सूर्याद्वारे सोडलेल्या आणि पृथ्वीवर पडणाऱ्या उष्णतेचे प्रमाण निर्धारित करण्यासाठी:

तांदूळ. 3. सूर्याद्वारे सोडलेल्या आणि पृथ्वीवर पडणाऱ्या उष्णतेचे प्रमाण

उष्णतेचे प्रमाण मोजण्यासाठी, तुम्हाला तीन गोष्टी माहित असणे आवश्यक आहे (चित्र 4):

• शरीराचे वजन (जे सहसा स्केल वापरून मोजले जाऊ शकते);
• तापमानातील फरक ज्याद्वारे शरीर गरम करणे किंवा थंड करणे आवश्यक आहे (सामान्यतः थर्मामीटरने मोजले जाते);
• शरीराची विशिष्ट उष्णता क्षमता (जे टेबलवरून ठरवता येते).

तांदूळ. 4. निर्धारित करण्यासाठी आपल्याला काय माहित असणे आवश्यक आहे

सूत्र ज्याद्वारे उष्णतेचे प्रमाण मोजले जाते ते असे दिसते:

या फॉर्म्युलामध्ये खालील प्रमाण दिसतात:

ज्युल्स (जे) मध्ये मोजली जाणारी उष्णतेची मात्रा;

पदार्थाची विशिष्ट उष्णता क्षमता यामध्ये मोजली जाते;

- तापमानातील फरक, अंश सेल्सिअस () मध्ये मोजला जातो.

उष्णतेचे प्रमाण मोजण्याच्या समस्येचा विचार करूया.

कार्य

ग्रॅमच्या वस्तुमान असलेल्या तांब्याच्या ग्लासमध्ये तापमानात लिटरच्या प्रमाणात पाणी असते. एका ग्लास पाण्यात किती उष्णता हस्तांतरित केली पाहिजे जेणेकरून त्याचे तापमान समान होईल?

तांदूळ. 5. समस्या परिस्थितीचे चित्रण

प्रथम आम्ही एक छोटी अट लिहितो ( दिले) आणि सर्व प्रमाण आंतरराष्ट्रीय प्रणाली (SI) मध्ये रूपांतरित करा.

उपाय:

प्रथम, या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी आम्हाला इतर कोणत्या प्रमाणांची आवश्यकता आहे ते ठरवा. विशिष्ट उष्णता क्षमतेचे तक्ता (तक्ता 1) वापरून आम्हाला आढळते (तांब्याची विशिष्ट उष्णता क्षमता, कारण काच तांबे आहे), (पाण्याची विशिष्ट उष्णता क्षमता, कारण काचेमध्ये पाणी आहे). याव्यतिरिक्त, आपल्याला माहित आहे की उष्णतेचे प्रमाण मोजण्यासाठी आपल्याला पाण्याचे वस्तुमान आवश्यक आहे. अटीनुसार, आम्हाला फक्त खंड दिला जातो. म्हणून, टेबलवरून आम्ही पाण्याची घनता घेतो: (तक्ता 2).

टेबल 1. काही पदार्थांची विशिष्ट उष्णता क्षमता,

टेबल 2. काही द्रवपदार्थांची घनता

आता या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी आमच्याकडे सर्व काही आहे.

लक्षात घ्या की उष्णतेच्या अंतिम प्रमाणामध्ये तांब्याचा ग्लास गरम करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेचे प्रमाण आणि त्यातील पाणी गरम करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेची बेरीज असेल:

प्रथम तांब्याचा ग्लास गरम करण्यासाठी किती उष्णतेची आवश्यकता आहे याची गणना करूया:

पाणी गरम करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या उष्णतेचे प्रमाण मोजण्यापूर्वी, ग्रेड 7 पासून आपल्याला परिचित असलेले सूत्र वापरून पाण्याच्या वस्तुमानाची गणना करूया:

आता आम्ही गणना करू शकतो:

मग आम्ही गणना करू शकतो:

किलोज्युल्स म्हणजे काय ते लक्षात ठेवूया. उपसर्ग "किलो" म्हणजे .

उत्तर:.

या संकल्पनेशी संबंधित उष्णतेचे प्रमाण (तथाकथित थेट समस्या) आणि प्रमाण शोधण्याच्या समस्यांचे निराकरण करण्याच्या सोयीसाठी, आपण खालील सारणी वापरू शकता.