Bu gün “İstilik ötürülməsi nədir?..” sualına cavab tapmağa çalışacağıq. Məqalədə biz prosesin nə olduğunu, təbiətdə onun hansı növlərinin mövcud olduğunu nəzərdən keçirəcəyik, həmçinin istilik ötürülməsi ilə termodinamika arasında əlaqənin nə olduğunu öyrənəcəyik.
Tərif
İstilik ötürülməsi fiziki prosesdir, onun mahiyyəti istilik enerjisinin ötürülməsidir. Mübadilə iki cisim və ya onların sistemi arasında baş verir. Bu halda, ilkin şərt istiliyin daha çox qızdırılan cisimlərdən daha az qızdırılanlara ötürülməsi olacaqdır.
Proses Xüsusiyyətləri
İstilik ötürülməsi həm birbaşa təmasda, həm də ayırıcı arakəsmələrlə baş verə bilən eyni tipli fenomendir. Birinci halda, hər şey aydındır, ikincidə, orqanlar, materiallar və media maneələr kimi istifadə edilə bilər. İstilik ötürülməsi iki və ya daha çox cisimdən ibarət sistemin istilik tarazlığı vəziyyətində olmadığı hallarda baş verəcəkdir. Yəni, obyektlərdən birinin digərinə nisbətən daha yüksək və ya aşağı temperaturu var. Burada istilik enerjisinin ötürülməsi baş verir. Nə vaxt bitəcəyini güman etmək məntiqlidirsistem termodinamik və ya istilik tarazlığı vəziyyətinə gəldikdə. Termodinamikanın ikinci qanunu bizə deyə bilər ki, proses kortəbii şəkildə baş verir.
Baxışlar
İstilik ötürülməsi üç yola bölünə bilən bir prosesdir. Onların əsas təbiəti olacaq, çünki onların daxilində ümumi nümunələrlə yanaşı öz xarakterik xüsusiyyətlərinə malik olan real alt kateqoriyalar fərqlənə bilər. Bu günə qədər üç növ istilik köçürməsini ayırmaq adətdir. Bunlar keçiricilik, konveksiya və radiasiyadır. Gəlin bəlkə də birincidən başlayaq.
İstilik ötürmə üsulları. İstilik keçiriciliyi
Bu, enerjinin ötürülməsini həyata keçirmək üçün maddi cismin xassəsinin adıdır. Eyni zamanda daha isti hissədən soyuq hissəyə keçir. Bu hadisə molekulların xaotik hərəkəti prinsipinə əsaslanır. Bu, Brownian hərəkəti adlanan hərəkətdir. Bədənin temperaturu nə qədər yüksək olarsa, molekullar daha çox kinetik enerjiyə sahib olduqları üçün orada daha fəal hərəkət edirlər. İstilik keçirmə prosesində elektronlar, molekullar, atomlar iştirak edir. Fərqli hissələrinin temperaturu fərqli olan bədənlərdə həyata keçirilir.
Maddə istilik keçirmə qabiliyyətinə malikdirsə, kəmiyyət xarakteristikasının mövcudluğundan danışmaq olar. Bu vəziyyətdə onun rolu istilik keçiriciliyi əmsalı ilə oynayır. Bu xarakteristika zaman vahidi üçün uzunluq və sahənin vahid göstəricilərindən nə qədər istilik keçəcəyini göstərir. Bu halda, bədən istiliyi tam olaraq 1 K dəyişəcək.
Əvvəllər istilik mübadiləsinin içəridə olduğuna inanılırdımüxtəlif cisimlər (qapalı strukturların istilik ötürülməsi də daxil olmaqla) sözdə kalorinin bədənin bir hissəsindən digərinə axması ilə əlaqədardır. Lakin heç kim onun faktiki mövcudluğunun əlamətlərini tapmadı və molekulyar-kinetik nəzəriyyə müəyyən səviyyəyə qədər inkişaf etdikdə, fərziyyə əsassız olduğu üçün hər kəs kalori haqqında düşünməyi unuddu.
Konveksiya. Suyun istilik ötürülməsi
İstilik enerjisinin mübadiləsinin bu üsulu daxili axınlar vasitəsilə ötürülmə kimi başa düşülür. Gəlin bir çaydan su təsəvvür edək. Bildiyiniz kimi, daha isti hava axınları yuxarıya qalxır. Soyuq, daha ağır olanlar isə batır. Bəs su niyə fərqli olmalıdır? Onunla tamamilə eynidir. Və belə bir dövrə prosesində, suyun bütün təbəqələri, nə qədər çox olursa olsun, istilik tarazlığı vəziyyəti meydana gələnə qədər qızdırılacaq. Təbii ki, müəyyən şərtlər altında.
Radiasiya
Bu üsul elektromaqnit şüalanma prinsipinə əsaslanır. Daxili enerjidən gəlir. Termal şüalanma nəzəriyyəsinə çox girməyəcəyik, sadəcə qeyd edəcəyik ki, burada səbəb yüklü hissəciklərin, atomların və molekulların düzülüşündədir.
Sadə istilik keçirmə problemləri
İndi isə istilik köçürməsinin hesablanmasının praktikada necə göründüyündən danışaq. İstiliyin miqdarı ilə bağlı sadə bir məsələni həll edək. Tutaq ki, yarım kiloqrama bərabər su kütləsi var. Suyun ilkin temperaturu - 0 dərəcəSelsi, son - 100. Bu maddə kütləsini qızdırmaq üçün sərf etdiyimiz istilik miqdarını tapaq.
Bunun üçün bizə Q=sm(t2-t1) düsturu lazımdır, burada Q istilik miqdarıdır, c suyun xüsusi istilik tutumu, m maddənin kütləsi, t1 ilkin temperatur, t2 son temperatur. Su üçün c dəyəri cədvəl şəklindədir. Xüsusi istilik tutumu 4200 J / kqC-ə bərabər olacaqdır. İndi bu dəyərləri düsturla əvəz edirik. İstiliyin miqdarının 210000 J və ya 210 kJ-ə bərabər olacağını alırıq.
Termodinamikanın birinci qanunu
Termodinamika və istilik ötürülməsi bəzi qanunlarla bir-birinə bağlıdır. Onlar sistem daxilində daxili enerjinin dəyişməsinin iki yolla əldə oluna biləcəyi biliklərinə əsaslanır. Birincisi mexaniki işdir. İkincisi, müəyyən bir istilik miqdarının rabitəsidir. Yeri gəlmişkən, termodinamikanın birinci qanunu da bu prinsipə əsaslanır. Onun tərtibi budur: sistemə müəyyən miqdarda istilik verilirsə, o, xarici cisimlərdə iş görməyə və ya daxili enerjisini artırmağa sərf ediləcəkdir. Riyazi qeyd: dQ=dU + dA.
Müsbət və ya mənfi cəhətlər?
Termodinamikanın birinci qanununun riyazi qeydinə daxil olan mütləq bütün kəmiyyətlər həm “artı” işarəsi ilə, həm də “mənfi” işarəsi ilə yazıla bilər. Üstəlik, onların seçimini prosesin şərtləri diktə edəcək. Tutaq ki, sistem müəyyən miqdarda istilik alır. Bu zaman onun içindəki cisimlər qızdırılır. Ona görə də qazın genişlənməsi var, bu o deməkdir kiiş aparılır. Nəticədə, dəyərlər müsbət olacaq. İstiliyin miqdarı götürülərsə, qaz soyuyur və üzərində iş aparılır. Dəyərlər dəyişdiriləcək.
Termodinamikanın birinci qanununun alternativ tərtibi
Fərz edək ki, mühərrikimiz fasilələrlə işləyir. Onda işçi orqan (və ya sistem) dairəvi bir proses həyata keçirir. Buna ümumiyyətlə dövr deyilir. Nəticədə sistem əvvəlki vəziyyətinə qayıdacaq. Bu halda daxili enerjinin dəyişməsinin sıfıra bərabər olacağını güman etmək məntiqli olardı. Belə çıxır ki, istilik miqdarı görülən işə bərabər olacaq. Bu müddəalar termodinamikanın birinci qanununu fərqli şəkildə formalaşdırmağa imkan verir.
Bundan başa düşə bilərik ki, birinci növ əbədi hərəkət maşını təbiətdə mövcud ola bilməz. Yəni xaricdən alınan enerji ilə müqayisədə daha böyük miqdarda işləyən bir cihaz. Bu halda, əməliyyatlar vaxtaşırı yerinə yetirilməlidir.
İzoproseslər üçün termodinamikanın birinci qanunu
İzoxorik prosesdən başlayaq. Həcmi sabit saxlayır. Bu o deməkdir ki, həcmdə dəyişiklik sıfır olacaq. Beləliklə, iş də sıfıra bərabər olacaqdır. Bu termini termodinamikanın birinci qanunundan çıxaraq, bundan sonra dQ=dU düsturunu alırıq. Bu o deməkdir ki, izoxorik prosesdə sistemə verilən bütün istilik qazın və ya qarışığın daxili enerjisini artırmağa gedir.
İndi isə izobar prosesdən danışaq. Təzyiq sabit qalır. Bu halda daxili enerji işə paralel olaraq dəyişəcək. Orijinal düstur budur: dQ=dU + pdV. Görülən işi asanlıqla hesablaya bilərik. uR(T2-T1) ifadəsinə bərabər olacaq. Yeri gəlmişkən, bu universal qaz sabitinin fiziki mənasıdır. Bir mol qaz və bir Kelvin temperatur fərqi olduqda universal qaz sabiti izobar prosesdə görülən işə bərabər olacaqdır.
