Bütün maddələrin daxili enerjisi var. Bu dəyər bir sıra fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərlə xarakterizə olunur, bunlar arasında istiliyə xüsusi diqqət yetirilməlidir. Bu kəmiyyət maddənin molekulları arasında qarşılıqlı təsir qüvvələrini təsvir edən mücərrəd riyazi qiymətdir. İstilik mübadiləsi mexanizmini başa düşmək maddələrin soyudulması və qızdırılması, həmçinin onların yanması zamanı nə qədər istilik ayrıldığı sualına cavab verməyə kömək edə bilər.
İstilik fenomeninin kəşf tarixi
İlk vaxtlarda istilik ötürmə hadisəsi çox sadə və aydın şəkildə təsvir edilmişdir: maddənin temperaturu yüksəldikdə o, istilik alır, soyuduqda isə onu ətraf mühitə buraxır. Bununla belə, istilik üç əsr əvvəl düşünüldüyü kimi nəzərdən keçirilən mayenin və ya cismin ayrılmaz hissəsi deyil. İnsanlar sadəlövhcəsinə inanırdılar ki, maddə iki hissədən ibarətdir: öz molekulları və istilik. İndi az adam xatırlayır ki, latınca "temperatur" termini "qarışıq" deməkdir və məsələn, bürüncdən "qalay və misin temperaturu" kimi danışırdılar.
17-ci əsrdə iki fərziyyə ortaya çıxdıistilik və istilik ötürmə hadisəsini aydın şəkildə izah edə bilirdi. Birincisi 1613-cü ildə Qalileo tərəfindən təklif edilmişdir. Onun ifadəsi belə idi: “İstilik istənilən bədənə daxil olub xaricə keçə bilən qeyri-adi maddədir”. Galileo bu maddəni kalori adlandırdı. O, kalorinin yoxa çıxa və ya çökə bilməyəcəyini, ancaq bir bədəndən digərinə keçməyə qadir olduğunu müdafiə etdi. Müvafiq olaraq, maddədə nə qədər çox kalori varsa, onun temperaturu bir o qədər yüksək olur.
İkinci fərziyyə 1620-ci ildə ortaya çıxdı və filosof Bekon tərəfindən irəli sürüldü. O, çəkicin güclü zərbələri altında dəmirin qızdığını görüb. Bu prinsip həm də sürtünmə ilə atəş yandırarkən işlədi və bu, Bekonu istiliyin molekulyar təbiəti haqqında düşünməyə vadar etdi. O, iddia edirdi ki, bədən mexaniki təsirə məruz qaldıqda, onun molekulları bir-birinə vurmağa başlayır, hərəkət sürətini artırır və bununla da temperaturu yüksəldir.
İkinci fərziyyənin nəticəsi belə bir nəticə idi ki, istilik bir maddənin molekullarının bir-biri ilə mexaniki təsirinin nəticəsidir. Lomonosov uzun müddət bu nəzəriyyəni əsaslandırmağa və eksperimental olaraq sübut etməyə çalışdı.
İstilik maddənin daxili enerjisinin ölçüsüdür
Müasir elm adamları belə bir nəticəyə gəliblər: istilik enerjisi maddə molekullarının qarşılıqlı təsirinin nəticəsidir, yəni bədənin daxili enerjisidir. Hissəciklərin hərəkət sürəti temperaturdan asılıdır, istilik miqdarı isə maddənin kütləsi ilə düz mütənasibdir. Beləliklə, bir vedrə su doldurulmuş fincandan daha çox istilik enerjisinə malikdir. Ancaq isti maye bir nəlbəkisoyuq hövzədən daha az istilik ola bilər.
17-ci əsrdə Qaliley tərəfindən irəli sürülmüş kalorililik nəzəriyyəsi alimlər J. Joule və B. Rumford tərəfindən təkzib edilmişdir. Onlar sübut etdilər ki, istilik enerjisi heç bir kütləyə malik deyil və yalnız molekulların mexaniki hərəkəti ilə xarakterizə olunur.
Maddənin yanması zamanı nə qədər istilik ayrılacaq? Xüsusi kalorifik dəyər
Bu gün torf, neft, kömür, təbii qaz və ya ağac universal və geniş istifadə olunan enerji mənbələridir. Bu maddələr yandırıldıqda müəyyən miqdarda istilik ayrılır ki, bu da isitmə, işə salma mexanizmləri və s. üçün istifadə olunur. Bu dəyəri praktikada necə hesablamaq olar?
Bunun üçün xüsusi yanma istiliyi anlayışı təqdim edilir. Bu dəyər müəyyən bir maddənin 1 kq yanması zamanı ayrılan istilik miqdarından asılıdır. Q hərfi ilə işarələnir və J / kq ilə ölçülür. Aşağıda ən çox yayılmış yanacaq növləri üçün q dəyərləri cədvəli verilmişdir.
Mühərrikləri qurarkən və hesablayarkən mühəndis müəyyən miqdarda maddə yandırıldıqda nə qədər istilik ayrılacağını bilməlidir. Bunun üçün Q=qm düsturundan istifadə edərək dolayı ölçmələrdən istifadə edə bilərsiniz, burada Q maddənin yanma istiliyi, q xüsusi yanma istiliyi (cədvəl qiyməti), m isə verilmiş kütlədir.
Yanma zamanı istiliyin əmələ gəlməsi kimyəvi bağların əmələ gəlməsi zamanı enerjinin ayrılması fenomeninə əsaslanır. Ən sadə nümunə, tərkibində olan karbonun yanmasıdıristənilən növ müasir yanacaqda. Karbon atmosfer havasının mövcudluğunda yanır və oksigenlə birləşərək karbon qazını əmələ gətirir. Kimyəvi bağın əmələ gəlməsi istilik enerjisinin ətraf mühitə buraxılması ilə davam edir və insan bu enerjini öz məqsədləri üçün istifadə etməyə uyğunlaşıb.
Təəssüf ki, neft və ya torf kimi qiymətli ehtiyatların düşünülməmiş xərclənməsi tezliklə bu yanacaqların istehsalı üçün mənbələrin tükənməsinə səbəb ola bilər. Artıq bu gün elektrik cihazları və hətta yeni avtomobil modelləri peyda olur ki, onların fəaliyyəti günəş işığı, su və ya yer qabığının enerjisi kimi alternativ enerji mənbələrinə əsaslanır.
İstilik ötürülməsi
Bir bədən daxilində və ya bir bədəndən digərinə istilik enerjisinin mübadiləsi qabiliyyətinə istilik ötürülməsi deyilir. Bu fenomen özbaşına baş vermir və yalnız temperatur fərqi ilə baş verir. Ən sadə halda, tarazlıq yaranana qədər istilik enerjisi daha isti cisimdən daha az qızdırılan cismə ötürülür.
İstilik ötürmə fenomeninin baş verməsi üçün bədənlərin təmasda olması lazım deyil. İstənilən halda, tarazlığın qurulması nəzərdən keçirilən obyektlər arasında kiçik bir məsafədə də baş verə bilər, lakin onların təmasda olduğundan daha yavaş sürətlə baş verə bilər.
İstilik ötürülməsi üç növə bölünə bilər:
1. İstilik keçiriciliyi.
2. Konveksiya.
3. Radiant mübadiləsi.
İstilik keçiriciliyi
Bu fenomen maddənin atomları və ya molekulları arasında istilik enerjisinin ötürülməsinə əsaslanır. səbəbötürülmə - molekulların xaotik hərəkəti və onların daimi toqquşması. Bunun sayəsində istilik zəncir boyunca bir molekuldan digərinə keçir.
İstilik keçiriciliyi fenomeni hər hansı bir dəmir materialı kalsifikasiya edildikdə, səthdəki qızartı rəvan yayıldıqda və tədricən solduqda (müəyyən miqdarda istilik yayıldıqda) müşahidə edilə bilər.
F. Furye bir maddənin istilik keçiricilik dərəcəsinə təsir edən bütün kəmiyyətləri toplayan istilik axını üçün düstur əldə etdi (aşağıdakı şəklə baxın).
Bu düsturda Q/t istilik axını, λ istilik keçiricilik əmsalı, S en kəsiyinin sahəsi, T/X - bədənin ucları arasında yerləşən temperatur fərqinin nisbətidir. müəyyən məsafə.
İstilik keçiriciliyi cədvəlli qiymətdir. Yaşayış binasının izolyasiyası və ya avadanlığın istilik izolyasiyası zamanı praktiki əhəmiyyət kəsb edir.
Radiant istilik ötürülməsi
İstilik ötürmənin başqa bir yolu, elektromaqnit şüalanma hadisəsinə əsaslanır. Onun konveksiya və istilik keçiriciliyindən fərqi ondan ibarətdir ki, enerji ötürülməsi vakuum məkanında da baş verə bilər. Bununla belə, birinci halda olduğu kimi, temperatur fərqi tələb olunur.
Radiant mübadiləsi, əsasən infraqırmızı şüalanmadan məsul olan istilik enerjisinin Günəşdən Yer səthinə ötürülməsinə misaldır. Yerin səthinə nə qədər istiliyin çatdığını müəyyən etmək üçün çoxsaylı stansiyalar tikilmişdir ki, bunlar dabu göstəricidəki dəyişikliyə nəzarət edin.
Konveksiya
Hava axınlarının konvektiv hərəkəti istilik ötürmə fenomeni ilə birbaşa bağlıdır. Maye və ya qaza nə qədər istilik verdiyimizdən asılı olmayaraq, maddənin molekulları daha sürətli hərəkət etməyə başlayır. Buna görə bütün sistemin təzyiqi azalır və həcmi, əksinə, artır. Bu, isti hava axınlarının və ya digər qazların yuxarıya doğru hərəkətinin səbəbidir.
Gündəlik həyatda konveksiya fenomenindən istifadənin ən sadə nümunəsi otağın batareyalarla qızdırılması adlandırıla bilər. Onlar bir səbəbdən otağın aşağı hissəsində yerləşirlər, lakin qızdırılan havanın qalxması üçün yer var ki, bu da otaq ətrafında axınların sirkulyasiyasına səbəb olur.
İstiliyi necə ölçmək olar?
İsitmə və ya soyutma istiliyi xüsusi cihazdan - kalorimetrdən istifadə etməklə riyazi olaraq hesablanır. Quraşdırma su ilə doldurulmuş böyük bir istilik izolyasiyalı gəmi ilə təmsil olunur. Mühitin ilkin temperaturunu ölçmək üçün bir termometr mayenin içinə endirilir. Sonra tarazlıq qurulduqdan sonra mayenin temperaturunun dəyişməsini hesablamaq üçün qızdırılan cisim suya endirilir.
t-ni artıraraq və ya az altmaqla, ətraf mühit bədəni qızdırmaq üçün nə qədər istilik sərf edilməli olduğunu müəyyən edir. Kalorimetr temperatur dəyişikliklərini qeyd edə bilən ən sadə cihazdır.
Həmçinin, kalorimetrdən istifadə edərək, yanma zamanı nə qədər istilik ayrılacağını hesablaya bilərsiniz.maddələr. Bunun üçün su ilə doldurulmuş bir qaba “bomba” qoyulur. Bu "bomba" sınaq maddəsinin yerləşdiyi qapalı gəmidir. Yanğın üçün xüsusi elektrodlar ona birləşdirilir və kamera oksigenlə doldurulur. Maddənin tam yanmasından sonra suyun temperaturunda dəyişiklik qeydə alınır.
Belə təcrübələr zamanı müəyyən edilmişdir ki, istilik enerjisinin mənbələri kimyəvi və nüvə reaksiyalarıdır. Nüvə reaksiyaları Yerin dərin qatlarında baş verir və bütün planet üçün əsas istilik ehtiyatını təşkil edir. Onlar həmçinin insanlar tərəfindən nüvə sintezi vasitəsilə enerji yaratmaq üçün istifadə olunur.
Kimyəvi reaksiyalara misal olaraq insanın həzm sistemində maddələrin yanması və polimerlərin monomerlərə parçalanması göstərilə bilər. Molekuldakı kimyəvi bağların keyfiyyəti və miqdarı nəticədə nə qədər istiliyin ayrılacağını müəyyən edir.
İstilik necə ölçülür?
Beynəlxalq SI sistemində istilik vahidi joul (J)-dir. Həm də gündəlik həyatda sistemdənkənar vahidlər - kalorilər istifadə olunur. Beynəlxalq standarta görə 1 kalori 4,1868 J-a, termokimyaya görə isə 4,184 J-a bərabərdir. Əvvəllər elm adamları tərəfindən nadir hallarda istifadə olunan btu btu var idi. 1 BTU=1,055 J.
