როგორ გამოვთვალოთ სითბოს მოცულობა

თუ უყურებთ გაყინული აუზის ზედაპირს, რომელიც ნელა დნება ატიპიურად თბილ ზამთრის შუადღისას და უყურებთ იგივე მოვლენას, ახლომდებარე კარგი ზომის გაყინული გუბურის ზედაპირი, შეიძლება დააკვირდეთ, რომ ყინული თითოეულ წყალში გარდაიქმნება, დაახლოებით ერთსა და იმავე დროს კურსი

მაგრამ რა მოხდება, თუ მზის სხივი გამოირჩევა აუზის ზედაპირზე, შესაძლოა ერთი ჰექტარი ზომა, ერთდროულად იყოს გუბურის ზედაპირზე ორიენტირებული?

თქვენი ინტუიცია ალბათ გეუბნებათ, რომ გუბურის ზედაპირი არა მხოლოდ ძალიან სწრაფად დნება წყალში, არამედ მთელი გუბე შეიძლება თითქმის მყისიერად გახდეს წყლის ორთქლი, თხევადი ფაზის გვერდის ავლით გახდეს წყლიანი გაზი რატომ უნდა იყოს ეს ფიზიკური მეცნიერების თვალსაზრისით?

იგივე ინტუიცია სავარაუდოდ გეუბნებათ, რომ არსებობს კავშირი სითბოს, მასასა და ყინულის, წყლის ან ორივე ტემპერატურის ცვლილებას შორის.

როგორც ხდება, ეს ასეა და იდეა ვრცელდება სხვა ნივთიერებებზეც, რომელთაგან თითოეულს განსხვავებული აქვს "წინააღმდეგობები" სითბოს მიმართ, რაც გამოიხატება ტემპერატურის სხვადასხვა ცვლილებებში, მოცემული რაოდენობის საპასუხოდ, დამატების შემთხვევაში სიცხე ეს იდეები აერთიანებს და გთავაზობთ ცნებებს

სითბო არის ფიზიკის ენერგიის სახელით ცნობილი რაოდენობის ერთ-ერთი აშკარად უთვალავი ფორმა. ენერგიას აქვს ძალის ერთეულები დროის მანძილზე, ან ნიუტნ-მეტრზე, მაგრამ მას, ჩვეულებრივ, ჯოულს (J) უწოდებენ. ზოგიერთ პროგრამაში, კალორია, ტოლი 4.18 J, სტანდარტული ერთეულია; დანარჩენებში btu, ან ბრიტანული თემატური განყოფილება მართავს დღეს.

სითბო "თბილიდან უფრო გრილ ადგილებზე გადადის", ანუ იმ რეგიონებში, სადაც ამჟამად ნაკლები სითბოა. მიუხედავად იმისა, რომ სითბო ვერ ინახება ან ჩანს, მისი სიდიდის ცვლილებები შეიძლება შეფასდეს ტემპერატურის ცვლილებებით.

ტემპერატურა არის მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგიის საზომი, მაგალითად წყლის ჭიქა ან გაზის კონტეინერი. სითბოს დამატება ზრდის ამ მოლეკულურ კინეტიკურ ენერგიას და, შესაბამისად, ტემპერატურას, ხოლო მისი შემცირებით ამცირებს ტემპერატურას.

რატომ არის ჯული 4.18 კალორიის ტოლი? იმის გამო, რომ კალორია (cal), მართალია არ არის SI სითბოს ერთეული, გამომდინარეობს მეტრული ერთეულებიდან და ფუნდამენტურია გარკვეულწილად: სითბოს რაოდენობა საჭიროა ოთახის ტემპერატურაზე ერთი გრამი წყლის გაზრდა 1 K ან 1 ° C- ით. (კელვინის მასშტაბის 1 გრადუსიანი ცვლილება იდენტურია ცელსიუსის მასშტაბის 1 გრადუსიანი ცვლილებისა; თუმცა, ეს ანაზღაურდება დაახლოებით 273 გრადუსით, ისეთი, რომ 0 K = 273.15 ° C.)

• საკვების ეტიკეტზე "კალორია" სინამდვილეში კილოკალორიაა (კკალ), რაც ნიშნავს, რომ 12 უნციაან შაქრიანი სოდა შეიცავს დაახლოებით 150,000 ნამდვილ კალორიას.

ექსპერიმენტის საშუალებით, წყლის ან სხვა ნივთიერების გამოყენებით, ასეთი რამის დადგენის გზაა მისი მოცემული მასის განთავსება კონტეინერი, დაამატეთ მოცემული რაოდენობის სითბო ისე, რომ არ დაუშვას რომელიმე ნივთიერება ან სითბო შეკრებიდან და გაზომეთ ცვლილება ტემპერატურა

ვინაიდან თქვენ იცით ნივთიერების მასა და შეიძლება ჩათვალოთ, რომ სითბო და ტემპერატურა ერთნაირია, თქვენ შეუძლია მარტივი დაყოფით დაადგინოს, რამდენი სითბო შეცვლის ერთეულს, იგივე 1 გრამს ტემპერატურა

სითბოს სიმძლავრის ფორმულა გამოდის სხვადასხვა ფორმით, მაგრამ ისინი ყველა ერთსა და იმავე ძირითად განტოლებას წარმოადგენს:

Q = mCΔT

ამ განტოლებაში უბრალოდ წერია, რომ დახურული სისტემის სითხის Q ცვლილება (თხევადი, გაზი ან მყარი) მასალა) უდრის ნიმუშის მასას m ტემპერატურის ცვლილებას ΔT– ზე C პარამეტრზე დაურეკა სპეციფიკური სითბოს ტევადობა, ან უბრალოდ სპეციფიკური სითბო. რაც უფრო მაღალია C ტემპერატურა, მით მეტი სითბო შეიძლება აითვისოს სისტემამ იგივე ტემპერატურის ზრდის შენარჩუნებით.

სითბოს ტევადობა არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ობიექტის ტემპერატურის გარკვეული რაოდენობით (ჩვეულებრივ 1 კ) გაზრდისთვის, ამიტომ SI ერთეულებია J / K. ობიექტი შეიძლება იყოს ერთგვაროვანი, ან არ იყოს. შესაძლებელი იქნება უხეშად განვსაზღვროთ ისეთი სითხის ტევადობა, როგორიცაა ტალახი, მაგალითად იცოდა მისი მასა და გაზომეს ტემპერატურის ცვლილება ზოგიერთის დალუქულ მოწყობილობაზე გათბობის საპასუხოდ დალაგება.

ქიმიაში, ფიზიკასა და ინჟინერიაში უფრო სასარგებლო რაოდენობაა სპეციფიკური სითბოს ტევადობა C, იზომება სითბოს ერთეულად ერთ მასაზე. სითბოს სიმძლავრის სპეციფიკური ერთეულები, ჩვეულებრივ, არის ჯოლები გრამ-კელვინზე, ან J / g⋅K, მიუხედავად იმისა, რომ კილოგრამი (კგ) არის SI მასის ერთეული. სპეციფიკური სითბოს გამოყოფის ერთ-ერთი მიზეზი არის ის, რომ თუ თქვენ გაქვთ ერთიანი ნივთიერების ცნობილი მასა და იცით მისი სითბო სიმძლავრე, შეგიძლიათ შეაფასოთ მისი შესაძლებლობები, ემსახურებოდეს "სითბოს ჩაძირვას", რათა თავიდან აიცილოთ ხანძრის რისკები გარკვეულ ექსპერიმენტებში სიტუაციები.

წყალს სინამდვილეში ძალზე მაღალი სითბოს ტევადობა აქვს. იმის გათვალისწინებით, რომ ადამიანის სხეულს უნდა შეეძლოს გადაიტანოს მნიშვნელოვანი რაოდენობის სითბოს დამატება ან გამოკლება დედამიწის წყალობით განსხვავებული პირობებით, ეს იქნება ნებისმიერი ბიოლოგიური სუბიექტის ძირითადი მოთხოვნა, რომელიც ძირითადად წყლისგან შედგება, როგორც თითქმის ყველა მნიშვნელოვანი საცხოვრებელი რამ არის.

წარმოიდგინეთ სპორტული სტადიონი, სადაც 100,000 ადამიანია განთავსებული, და კიდევ ერთი ქალაქის მასშტაბით, სადაც 50,000 ადამიანია განთავსებული. ერთი შეხედვით, აშკარაა, რომ პირველი სტადიონის აბსოლუტური "სავარძლის ტევადობა" მეორეზე ორჯერ მეტია. ასევე წარმოიდგინეთ, რომ მეორე სტადიონი ისეა აშენებული, რომ მხოლოდ მას იკავებს ერთი მეოთხედი პირველი მოცულობის.

თუ ალგებრას გააკეთებ, მიხვდები, რომ პატარა სტადიონი ორჯერ მეტ ადამიანს იტევს ერთეულ სივრცეში როგორც უფრო დიდი, რაც მას ანიჭებს ორჯერ "სპეციფიკურ ადგილს".

ამ ანალოგიით, იფიქრეთ ინდივიდუალურ მაყურებელზე, როგორც იდენტური სიდიდის სითბოს ერთეულებზე, რომლებიც მოედინება სტადიონზე და გარეთ. მიუხედავად იმისა, რომ უფრო დიდ სტადიონს ორჯერ მეტი სითბოს იტევს, პატარა სტადიონს რეალურად აქვს ორჯერ მეტი ტევადობა ამ "სითბოს" ამ ვერსიის "შესანახად" ერთ სივრცეში.

თუ სავარაუდოდ, ორივე სტადიონის ერთი და იგივე ზომის მონაკვეთი აწარმოებს იმავე რაოდენობის ნაგვის შემდეგ თამაშს, როდესაც ის სავსეა, განურჩევლად იმისა, თუ რამდენ ადამიანს ფლობს ის, მაშინ უფრო პატარა ორჯერ ეფექტური იქნება ნაგვის შემცირებაზე საქართველოს ინდივიდუალური მაყურებლები; იფიქრეთ ამაზე ორჯერ მეტი ელასტიურია ტემპერატურის მატებებზე თითო სითბოს დამატებაზე.

აქედან ხედავთ, რომ თუ ორი და იგივე სპეციფიკური სითბოს მქონე ორი ობიექტი განსხვავებული მასაა, უფროსს უფრო დიდი სითბოს ტევადობა აქვს იმ რაოდენობით, რაც მასშტაბის მიხედვით იქნება მასიური. სხვადასხვა მასისა და სხვადასხვა სპეციფიკური სიცხის ობიექტების შედარებისას სიტუაცია უფრო რთულდება.

ლითონის სპილენძის სპეციფიკური სითბოა 0,386 J / g⋅K. რამდენი სითბოა საჭირო 1 კგ (1000 გ, ან 2,2 ფუნტი) სპილენძის ტემპერატურა 0 ° C- დან 100 ° C- მდე?
Q = (მ) (C) (ΔT) = (1,000 გ) (0,386 J / g⋅K) (100 K) = 38,600 J = 38,6 kJ.

Რა არის სითბოს ტევადობა სპილენძის ამ კონა? თქვენ გჭირდებათ 38,600 სთ მთლიანი მასის 100 კვ-ით ასამაღლებლად, ასე რომ, ამის 1/100-ზე დაგჭირდებათ 1 კვ-ით გასაზრდელად. ამრიგად, ამ ზომის სპილენძის სითბოს ტევადობაა 386 J.