Soojuse hulga arvutamine. Küttekeha efektiivsus

a) Küte ja jahutamine

892. Millise massi elavhõbeda soojusmahtuvus on sama kui 13 kg alkoholil? Alkoholi erisoojusmaht on 2440 J/(kg×K), elavhõbeda erisoojusmahtuvus on 130 J/(kg×K). (244)

893. Kui kaks identset keha hõõruvad üksteise vastu, tõuseb nende temperatuur ühe minuti pärast 30 °C võrra. Kui suur on hõõrdumise ajal mõlema keha keskmine võimsus? Iga keha soojusmahtuvus on 800 J/K. (800)

894. 600 W elektripliidil kuumutatakse 3 liitrit vett 40 minutiga keemiseni. Vee algtemperatuur on 20°C. Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg×K). Määrake paigalduse efektiivsus (protsentides). (70)

895. Käsipuuriga metalli puurimisel kuumeneb 0,05 kg kaaluv puur 200 s pideva töötamise jooksul 20°C võrra. Puuri keskmine võimsus, mida puurimisel vooluvõrgust tarbib, on 10 W. Kui suur protsent kulutatud energiast kulus puuri soojendamiseks, kui puurimaterjali erisoojusvõimsus on 460 J/(kg×K)? (23)

896. 400 W võimsusega elektrimootoriga töötamisel kuumeneb see 50 sekundi jooksul pidevas töös 10 K võrra. Kui suur on mootori efektiivsus (protsentides)? Mootori soojusvõimsus on 500 J/K. (75)

897. Õlisse sukeldatud trafo hakkab ülekoormuse tõttu soojenema. Kui suur on selle efektiivsus (protsentides), kui täisvõimsus Kas 60 kW õli, mis kaalub 60 kg, soojeneb trafo 4 minuti jooksul 30°C võrra? Õli erisoojusmaht on 2000 J/(kg×K). (75)

898. Generaator kiirgab impulsse ülikõrge sagedus energiaga igas impulsis 6 J. Impulsi kordussagedus 700 Hz. Generaatori kasutegur on 60%. Mitu liitrit vett tunnis tuleb generaatori jahutussüsteemist läbi lasta, et vesi ei soojeneks üle 10 K? Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg K). (240)

b) Faasteisendused

899. Kui palju jääd temperatuuril 0 °C saab sulatada, andes sellele energiaks 0,66 MJ? Jää sulamise erisoojus on 330 kJ/kg. (2)

900. Kui 100 kg terast oma sulamistemperatuuril tahkestus, eraldus 21 MJ soojust. Mis on erisoojus terase sulamine (kJ/kg)? (210)

901. Kui palju soojust (kJ) tuleb anda 2 kg jääle, mille temperatuur on -10°C, et see täielikult sulaks? Jää erisoojusmaht on 2100 J/(kg×K), jää sulamissoojus on 330 kJ/kg. (702)

902. Teatud koguse -50°C juures võetud jää muutmiseks 50°C temperatuuriga veeks on vaja 645 kJ energiat. Mis on jää mass? Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg×K), jää erisoojusmaht on 2100 J/(kg×K), jää sulamissoojus on 3,3×105 J/kg. (1)

903. Kui palju soojust (kJ) on vaja 0,1 kg keeva vee muundamiseks auruks? Vee erisoojus on 2,26 MJ/kg. (226)

904. Kui palju soojust (kJ) eraldub, kui 0,2 kg veeauru kondenseerub temperatuuril 100 °C? Vee erisoojus on 2,3×106 J/kg. (460)

905. Kui suur kogus soojust (kJ) tuleb lisada 1 kg 0°C veele, et see soojendaks 100°C-ni ja aurustuks täielikult? Vee erisoojusmahtuvus on 4200 J/(kg×K), vee erisoojus on 2,3×106 J/kg. (2720)

906. Temperatuuriga 20°C võetud vee soojendamiseks ja auruks muutmiseks kulus 2596 kJ energiat. Määrake vee mass. Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg×K), vee erisoojus 2,26 MJ/kg. (1)

907. Ühe tonni terase sulatamiseks kasutatakse elektriahju võimsusega 100 kW. Mitu minutit kestab sulamine, kui valuplokk tuleb enne sulamise algust kuumutada temperatuurini 1500 K? Terase erisoojusmaht on 460 J/(kg×K), terase sulamissoojus on 210 kJ/kg. (150)

908. Teatud veemassi kuumutamiseks 0°C kuni 100°C on vaja 8400 J soojust. Kui palju rohkem soojust (kJ) on vaja selle vee täielikuks aurustamiseks? Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg K), vee erisoojus on 2300 kJ/kg. (46)

909. Külmkapis vee jahutamiseks 33°C-lt 0°C kulus 21 minutit. Kui kaua kulub selle vee jääks muutmiseks? Vee erisoojusmaht 4200 J/(kg K), jää sulamissoojus 3,3 10 5 J/kg. Andke vastus minutitega. (50)

910. Anum veega kuumutatakse elektripliidil 20°C-lt keemiseni 20 minutiga. Kui palju rohkem aega (minutites) kulub 42% vee auruks muutmiseks? Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg×K), vee erisoojus on 2,2×106 J/kg. (55)

911. Arvutage gaasipõleti efektiivsus (protsentides), kui see kasutab gaasi erikütteväärtusega 36 MJ/m 3 , ja veekeetja soojendamiseks 3 liitri veega 10°C-st keemiseni kulus 60 liitrit gaasi. Veekeetja soojusvõimsus on 600 J/K. Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg K). (55)

912. Aurumasina töötamiseks kulub 1 tunni jooksul 210 kg kivisütt. Masinat jahutab vesi, mille sisselasketemperatuur on 17°C ja väljalasketemperatuur 27°C. Määrake veekulu (kg) 1 s, kui selle soojendamiseks kulub 24% kogu soojushulgast. Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg×K), kivisöe eripõlemissoojus on 30 MJ/kg. (10)

913. Kui mitmeks kilomeetriks jätkub 10 kg bensiini auto mootoril, mis arendab 69 kW võimsust kiirusel 54 km/h ja mille kasutegur on 40%? Bensiini eripõlemissoojus on 4,6 × 107 J/kg. (40)

Siiani oleme käsitlenud termodünaamika esimest seadust gaaside puhul. Iseloomulik omadus gaas on see, et selle maht võib oluliselt erineda. Seetõttu on termodünaamika esimese seaduse kohaselt gaasile ülekantud soojushulk Q võrdne gaasi poolt tehtud töö ja selle muutumise summaga. sisemine energia:

Q = ∆U + A g.

Selles jaotises käsitleme juhtumeid, kus teatud kogus soojust kandub üle vedelale või tahkele ainele. Kuumutamisel või jahutamisel muutuvad nende maht veidi, seega jäetakse nende paisumisel tehtav töö tavaliselt tähelepanuta. Seetõttu saab vedelike ja tahkete ainete puhul termodünaamika esimese seaduse kirjutada järgmiselt

Selle võrrandi lihtsus on aga petlik.

Fakt on see, et keha siseenergia esindab ainult selle koostisosade osakeste kaootilise liikumise kogu kineetilist energiat ainult siis, kui see keha on ideaalne gaas. Sel juhul, nagu me juba teame, on siseenergia otseselt võrdeline absoluutse temperatuuriga (§ 42). Vedelates ja tahketes ainetes suur roll mängib osakeste vastasmõju potentsiaalset energiat. Ja nagu kogemus näitab, võib see muutuda isegi püsival temperatuuril!

Näiteks kui kannate vee ja jää segule üle teatud koguse soojust, püsib selle temperatuur konstantsena (võrdne 0 ºC-ga), kuni kogu jää sulab. (Just sel põhjusel võeti Celsiuse skaala määramisel omal ajal võrdluspunktiks jää sulamistemperatuur.) Sel juhul kulutatakse tarnitud soojust selle suurendamiseks. potentsiaalne energia molekulide vastastikmõjud: kristalli vedelikuks muutmiseks on vaja kulutada energiat kristallvõre hävitamiseks.

Sarnane nähtus ilmneb ka keetmise ajal: kui keemistemperatuuril kantakse vette teatud kogus soojust, jääb selle temperatuur konstantseks (normaaltemperatuuril 100 ºС). atmosfääri rõhk), kuni kogu vesi on ära keenud. (Seetõttu valitigi see Celsiuse skaala teiseks võrdluspunktiks.) Sel juhul kulutatakse toidetud soojust ka molekulide potentsiaalse interaktsioonienergia suurendamiseks.

Võib tunduda kummaline, et aurus olevate molekulide potentsiaalne interaktsioonienergia on suurem kui vees. Gaasi molekulid ju peaaegu ei interakteeru üksteisega, mistõttu nende vastasmõju potentsiaalset energiat peetakse loomulikult nulliks. Seda nad teevadki. Kuid siis tuleb vedeliku molekulide vahelise interaktsiooni potentsiaalset energiat pidada negatiivseks.

See potentsiaalse interaktsioonienergia märk on iseloomulik kehade ligimeelitamisele. Sel juhul tuleb kehade vahelise kauguse suurendamiseks teha tööd, st suurendada nende vastasmõju potentsiaalset energiat. Ja kui pärast seda ta saab võrdne nulliga, mis tähendab, et enne seda oli see negatiivne.

Seega tuleb vedelike ja tahkete ainete oleku muutumist, kui neile antakse teatud kogus soojust, arvestada, võttes arvesse nende agregatsiooni oleku muutumise võimalust. Agregatsiooniseisundi muutusi nimetatakse faasisiireteks. See on tahke aine muutmine vedelikuks (sulamine), vedeliku tahkeks muutmine (tahkumine või kristalliseerumine), vedeliku auruks (aurustamine) ja auru muutumine vedelikuks (kondensatsioon).

Energia jäävuse seadust vedelike ja tahkete ainetega toimuvates soojusnähtustes nimetatakse võrrandiks soojusbilanss.
Vaatleme kõigepealt soojusbilansi võrrandit juhuks, kui soojusvahetus toimub kahe keha vahel ja nende soojusvahetust teiste kehadega võib tähelepanuta jätta (kogemuse kohaselt kasutatakse selliste tingimuste loomiseks kalorimeetreid - anumaid, mis tagavad nende sisu soojusisolatsiooni) .

Me loeme (nagu varem gaaside puhul) kehale ülekantud soojushulka positiivseks, kui selle tulemusena keha siseenergia suureneb, ja negatiivseks, kui siseenergia väheneb. Sel juhul on soojusbilansi võrrandil vorm

Q 1 + Q 2 = 0, (1)

kus Q 1 on teisest kehast esimesele kehale üle kantud soojushulk ja Q 2 on soojushulk, mis esimesest kehast kantakse üle teisele kehale.

Võrrandist (1) on selge, et kui üks keha saab soojust, siis teine keha annab selle ära. Ütle, kui Q 1 > 0, siis Q 2< 0.

Kui soojusvahetus toimub n keha vahel, on soojusbilansi võrrandil vorm

Q 1 + Q 2 + … + Q n = 0.

2. Soojusbilansi võrrand ilma faasisiirdeta

Keha loeme homogeenseks, see tähendab, et see koosneb täielikult ühest ainest (näiteks teatud massist vett, teras- või vaskvarras jne). Vaatleme esmalt juhtumit, kui keha agregatsiooniseisund ei muutu, st faasisiire ei toimu.

Põhikooli füüsikakursusest tead, et sel juhul on kehale ülekantud soojushulk Q otseselt võrdeline keha massiga m ja selle temperatuuri muutusega ∆t:

Selles valemis võivad nii Q kui ka ∆t olla kas positiivsed või negatiivsed suurused.

Selles valemis sisalduvat suurust c nimetatakse aine erisoojusmahtuvuseks, millest keha koosneb. Tavaliselt kasutatakse soojusbilansi võrrandi probleemides temperatuuri Celsiuse skaalal. Sama teeme ka meie.

1. Joonisel 48.1 on kujutatud kahe keha temperatuuri graafikud sõltuvalt neile ülekantud soojushulgast Q. Iga keha mass on 100 g.

A) Millise keha erisoojus on suurem ja mitu korda?
b) Kui suur on iga keha erisoojusmahtuvus?

2. Keevast veest eemaldatud metallsilinder kastetakse kalorimeetrisse, mis sisaldab 150 g vett temperatuuril 20 ºС. Vee erisoojusmaht on 4,2 kJ/(kg * K). Oletame, et soojuskaod võib tähelepanuta jätta.
a) Selgitage, miks võrrand on tõene

c m m m (t kuni – 100º) + c kuni m kuni (t kuni – 20º) = 0,

kus c m ja c in on soojusmahtuvuse väärtused sellest metallist ja vesi vastavalt m m ja m in on vastavalt silindri ja vee massi väärtused, t k on kalorimeetri sisu lõpptemperatuuri väärtus, kui selles on saavutatud termiline tasakaal.

b) Milline kahest ülaltoodud valemis olevast liikmest on positiivne ja milline negatiivne? Selgitage oma vastust.
c) Kui suur on selle metalli erisoojusmahtuvus, kui ballooni mass on 100 g ja lõpptemperatuur on 25 ºC?
d) Mis on lõplik temperatuur, kui balloon on valmistatud alumiiniumist ja selle mass on 100 g? Alumiiniumi erisoojusmaht on 0,92 kJ/(kg * K).
e) Kui suur on silindri mass, kui see on valmistatud vasest ja selle lõpptemperatuur on 27 ºC? Vase erisoojusmaht on 0,4 kJ/(kg * K).

Vaatleme juhtumit, mil mehaaniline energia muundub siseenergiaks. Inglise füüsik J. Joule püüdis mõõta, kui kuum oleks kose vesi maapinnale sattudes.

3. Milliselt kõrguselt peab vesi langema, et maapinnaga kokku puutudes tõuseks selle temperatuur 1 ºС? Nõustuge sellega, et pool selle potentsiaalsest energiast läheb vee siseenergiasse.

Saadud vastus selgitab, miks teadlane ebaõnnestus. Palun arvestage, et teadlane viis oma katsed läbi kodumaal, kus kõrgeima kose kõrgus on umbes 100 m.

Kui keha soojendatakse elektrikerisega või kütuse põletamisega, tuleb arvestada koefitsiendiga kasulik tegevus küttekeha. Näiteks kui küttekeha kasutegur on 60%, tähendab see, et köetava keha siseenergia kasv on 60% kütuse põlemisel või elektrikerise töötamise ajal eralduvast soojusest.

Tuletagem ka meelde, et massiga m kütuse põlemisel eraldub soojushulk Q, mida väljendatakse valemiga

kus q on eripõlemissoojus.

4. 3 liitri vee potis 20 ºС keemiseni viimiseks pidid turistid tules põletama 3 kg kuiva võsa. Miks koefitsient on võrdne tulekahju kasulik toimimine kütteseadmena? Võtke võsa eripõlemissoojuseks 107 J/kg.

5. Elektrikerise abil üritatakse 10 liitrit vett keema ajada, kuid vesi ei kee: kui keris on sisse lülitatud, jääb selle temperatuur konstantseks, alla 100 ºС. Kerise võimsus 500 W, kasutegur 90%.
a) Kui palju soojust kandub 1 s jooksul kerisest vette?
b) Kui suur hulk soojust kandub veest ümbritsevasse õhku 1 s jooksul küttekeha sisselülitamisel, kui vee temperatuur püsib konstantsena?
c) Kui palju soojust kandub vesi 1 minuti jooksul kohe pärast küttekeha väljalülitamist ümbritsevasse õhku? Oletame, et selle aja jooksul vee temperatuur oluliselt ei muutu.
d) Kui palju langeb vee temperatuur 1 minuti jooksul kohe pärast küttekeha väljalülitamist?

3. Soojusbilansi võrrand faasisiirete olemasolul

Tuletagem meelde mõningaid teile teadaolevaid fakte põhikooli füüsikakursusest.

Kristallilise tahke aine täielikuks sulatamiseks selle sulamistemperatuuril on vaja anda sellele soojushulk Q, mis on võrdeline keha massiga m:

Proportsionaalsuskoefitsienti λ nimetatakse erisulamissoojuseks. See on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis tuleb tarnida kristalne keha kaalub 1 kg sulamistemperatuuril, et see muutuks täielikult vedelikuks. Erisulamissoojuse ühik on 1 J/kg (džaul kilogrammi kohta).

Näiteks jää sulamise erisoojus on 330 kJ/kg.

6. Millisele kõrgusele võiks tõsta 60 kg kaaluva inimese, kui tema potentsiaalset energiat numbriliselt mingi summa võrra suurendada võrdne summaga soojust, mis on vajalik 1 kg jää sulamiseks temperatuuril 0 ºС?

Probleemide lahendamisel on oluline arvestada, et tahke aine hakkab sulama alles pärast seda, kui see kõik on sulamistemperatuurini kuumutatud. Kehatemperatuuri sõltuvuse graafikul sellele ülekantud soojushulgast on sulamisprotsess kujutatud horisontaalse segmendiga.

7. Joonisel 48.2 on kujutatud graafik 1 kg kaaluva keha temperatuurist ja sellele ülekantava soojushulgast.

a) Kui suur on tahkes olekus keha erisoojus?
b) Mis on sulamistemperatuur?
c) Mis on sulamise erisoojus?
d) Kui suur on keha erisoojusmahutavus vedelas olekus?
e) Millisest ainest võib see keha koosneda?

8. Raudmeteoriit lendab Maa atmosfääri. Raua erisoojusmaht on 460 J/(kg * K), sulamistemperatuur on 1540 ºС, erisoojus on 270 kJ/kg. Võtke meteoriidi algtemperatuur enne atmosfääri sisenemist -260 ºС. Oletame, et 80% meteoriidi kineetilisest energiast, kui see liigub läbi atmosfääri, muundub selle siseenergiaks.
a) Mis peaks olema miinimum alguskiirus meteoriit nii, et see kuumeneb sulamistemperatuurini?
b) Milline osa meteoriidist sulab, kui selle algkiirus on 1,6 km/s?

Kui faasiüleminekute olemasolul on vaja leida kehade kihitemperatuur, siis kõigepealt tuleb välja selgitada, milline on lõppseisund. Näiteks kui algseisundis on antud jää ja vee massid ja nende temperatuurid, siis on kolm võimalust.

Lõppseisund on ainult jää (see võib juhtuda, kui jää algtemperatuur oli piisavalt madal või jää mass piisavalt suur). Sel juhul on teadmata koguseks jää lõpptemperatuur. Kui probleem on õigesti lahendatud, ei ületa saadud väärtus 0 ºС. Termilise tasakaalu saavutamisel kuumutatakse jää selle lõpptemperatuurini ja kogu vesi jahutatakse temperatuurini 0 ºC, seejärel külmub ja sellest moodustunud jää jahutatakse lõpptemperatuurini (kui see on alla 0 ºC).

Lõppseisundis on jää ja vesi termilises tasakaalus. See on võimalik ainult temperatuuril 0 ºС. Tundmatuks suuruseks on sel juhul jää lõplik mass (või lõplik veemass: on antud vee ja jää masside summa). Kui probleem on õigesti lahendatud, on jää ja vee lõplikud massid positiivsed. Sel juhul soojendatakse termilise tasakaalu saavutamisel esmalt jää temperatuurini 0 ºС ja vesi jahutatakse temperatuurini 0 ºС. Siis kas osa jääst sulab või osa vett jäätub.

Lõplik olek on ainult vesi. Siis on teadmata kogus selle temperatuur (see peab olema vähemalt 0 ºС Sel juhul jahutatakse vesi lõpptemperatuurini ja jää peab rohkem läbi käima). raske tee: kõigepealt soojeneb see kõik temperatuurini 0 ºС, seejärel kõik sulab ja seejärel kuumutatakse sellest moodustunud vesi lõpptemperatuurini.

Et teha kindlaks, millist neist võimalustest konkreetses ülesandes rakendatakse, peate läbi viima veidi uurimistööd.

9. Jäätükk temperatuuril –10 ºC asetatakse kalorimeetrisse, mis sisaldab 1,5 liitrit 20 ºС vett. Oletame, et soojuskaod võib tähelepanuta jätta. Jää erisoojusmaht on 2,1 kJ/(kg * K).
a) Kui suur võiks olla jää mass, kui lõppseisundis on kalorimeetris ainult jää? ainult vesi? jää ja vesi termilises tasakaalus?
b) Mis on lõpptemperatuur, kui jää algmass on 40 kg?
c) Mis on lõpptemperatuur, kui jää algmass on 200 g?
d) Kui suur on vee lõplik mass, kui jää algmass on 1 kg?

Tundub loomulik, et sulamiseks tuleb keha varustada teatud koguse soojusega. See nähtus teenib meid hästi: see aeglustab lume sulamist, vähendades kevadisi üleujutusi.

Kuid asjaolu, et kristalliseerumise käigus eraldab keha teatud koguse soojust, võib teid üllatada: kas vesi eraldab külmumisel tõesti teatud koguse soojust? Ja ometi on see nii: külmudes ja jääks muutudes eraldub vett üsna suur hulk kuumutada külma õhu või jääga, mille temperatuur on alla 0 ºС. See nähtus teenib ka meid hästi, pehmendades esimesi külmasid ja talve algust.
Võtkem nüüd arvesse võimalust muuta vedelik auruks või aur vedelikuks.

Nagu teate põhikooli füüsikakursusest, on vedeliku konstantsel temperatuuril auruks muutmiseks vajalik soojushulk Q võrdeline vedeliku massiga m:

Proportsionaalsuskoefitsienti L nimetatakse aurustumiserisoojuseks. See on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis tuleb anda 1 kg vedelikule, et see muutuks täielikult auruks. Eriaurumissoojuse ühik on 1 J/kg.

Näiteks vee erisoojus keemistemperatuuril ja normaalsel atmosfäärirõhul on ligikaudu 2300 kJ/kg.

10. 100 g veeauru, mille temperatuur on 100 ºC, juhitakse kalorimeetrisse, mis sisaldab 1 liitrit vett temperatuuril 20 ºС. Milline on kalorimeetri temperatuur pärast termilise tasakaalu saavutamist? Soojuskaod võib tähelepanuta jätta.

Lisaküsimused ja ülesanded

11. Teatud massi vee soojendamine pliidil 20 ºС keemistemperatuurini võttis aega 6 minutit. Kui kaua võtab aega, et kogu see vesi ära keeks? Oletame, et soojuskaod võib tähelepanuta jätta.

12. Aur juhitakse 100 g jääd sisaldavasse kalorimeetrisse temperatuuril 0 °C ja temperatuuril 100 °C. Kui suur on vee mass kalorimeetris, kui kogu jää on sulanud ja vee temperatuur on 0 ºC?

13. Kuumutatud alumiiniumkuubik asetati tasasele jäätükile, mille temperatuur oli 0 ºС. Millise temperatuurini kuubik kuumutati, kui see oli täielikult jäässe sukeldatud? Oletame, et soojuskaod võib tähelepanuta jätta. Alumiiniumi erisoojusmaht on 0,92 kJ/(kg * K).

14. Pliikuul tabab terasplaati ja põrkab sellelt tagasi. Kuuli temperatuur enne kokkupõrget on 50 ºС, kiirus 400 m/s. Kuuli kiirus pärast kokkupõrget on 100 m/s. Milline osa kuulist sulas, kui 60% kaotatud kineetilisest energiast muundati kuuli siseenergiaks? Plii erisoojus on 0,13 kJ/(kg * K), sulamistemperatuur 327 ºС, sulamis erisoojus 25 kJ/kg.

15. Kalorimeetrisse, mis sisaldab 1 liitrit vett temperatuuril 20 ºС, pange 100 g märga lund, mille veesisaldus (massi järgi) on 60%. Milline temperatuur kehtestatakse kalorimeetris pärast termilise tasakaalu saavutamist? Soojuskaod võib tähelepanuta jätta.
Vihje. Märg lumi tähendab vee ja jää segu temperatuuril 0 ºC.

8. Termodünaamika

Soojuse hulga arvutamine. Küttekeha efektiivsus

892. Millise massi elavhõbeda soojusmahtuvus on sama kui 13 kg alkoholil? Alkoholi erisoojusmaht on 2440 J/(kgK), elavhõbeda erisoojusmahtuvus on 130 J/(kgK). (244)

893. Kui kaks identset keha hõõruvad üksteise vastu, tõuseb nende temperatuur ühe minuti pärast 30 °C võrra. Kui suur on hõõrdumise ajal mõlema keha keskmine võimsus? Iga keha soojusmahtuvus on 800 J/K. (800)

894. 600 W elektripliidil kuumutatakse 3 liitrit vett 40 minutiga keemiseni. Vee algtemperatuur on 20°C. Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kgK). Määrake paigalduse efektiivsus (protsentides). (70)

895. Käsipuuriga metalli puurimisel kuumeneb 0,05 kg kaaluv puur 200 s pideva töötamise jooksul 20°C võrra. Puuri keskmine võimsus, mida puurimisel vooluvõrgust tarbib, on 10 W. Mitu protsenti kulutatud energiast kasutati puuri soojendamiseks, kui puurimaterjali erisoojusvõimsus on 460 J/(kgK)? (23)

896. 400 W võimsusega elektrimootoriga töötamisel kuumeneb see 50 sekundi jooksul pidevas töös 10 K võrra. Kui suur on mootori efektiivsus (protsentides)? Mootori soojusvõimsus on 500 J/K. (75)

897. Õlisse sukeldatud trafo hakkab ülekoormuse tõttu soojenema. Kui suur on selle kasutegur (protsentides), kui 60 kg kaaluv õli soojeneb täisvõimsusel 60 kW trafo 4 minuti jooksul 30 ° C võrra? Õli erisoojusmaht on 2000 J/(kgK). (75)

898. Generaator kiirgab ülikõrge sagedusega impulsse energiaga 6 J impulsi kordussagedus on 700 Hz. Generaatori kasutegur on 60%. Mitu liitrit vett tunnis tuleb generaatori jahutussüsteemist läbi lasta, et vesi ei soojeneks üle 10 K? Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg K). (240)

b) Faasteisendused

899. Kui palju jääd temperatuuril 0 °C saab sulatada, andes sellele energiaks 0,66 MJ? Jää sulamise erisoojus on 330 kJ/kg. (2)

900. Kui 100 kg terast oma sulamistemperatuuril tahkestus, eraldus 21 MJ soojust. Mis on terase erisulamissoojus (kJ/kg)? (210)

901. Kui palju soojust (kJ) tuleb anda 2 kg jääle, mille temperatuur on 10°C, et see täielikult sulaks? Jää erisoojusmaht on 2100 J/(kgK), jää sulamissoojus on 330 kJ/kg. (702)

902. Teatud koguse 50°C juures võetud jää muutmiseks 50°C temperatuuriga veeks on vaja 645 kJ energiat. Mis on jää mass? Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kgK), jää erisoojusmaht on 2100 J/(kgK), jää sulamissoojus on 3,310 5 J/kg. (1)

903. Kui palju soojust (kJ) on vaja 0,1 kg keeva vee muundamiseks auruks? Vee erisoojus on 2,26 MJ/kg. (226)

904. Kui palju soojust (kJ) eraldub, kui 0,2 kg veeauru kondenseerub temperatuuril 100 °C? Vee erisoojus on 2,310 6 J/kg. (460)

905. Kui suur kogus soojust (kJ) tuleb lisada 1 kg 0°C veele, et see soojendaks 100°C-ni ja aurustuks täielikult? Vee erisoojusmahtuvus on 4200 J/(kgK), vee erisoojus 2,310 6 J/kg. (2720)

906. Temperatuuriga 20°C võetud vee soojendamiseks ja auruks muutmiseks kulus 2596 kJ energiat. Määrake vee mass. Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kgK), vee erisoojus on 2,26 MJ/kg. (1)

907. Ühe tonni terase sulatamiseks kasutatakse elektriahju võimsusega 100 kW. Mitu minutit kestab sulamine, kui valuplokk tuleb enne sulamise algust kuumutada temperatuurini 1500 K? Terase erisoojusmaht on 460 J/(kgK), terase erisoojus on 210 kJ/kg. (150)

908. Teatud veemassi kuumutamiseks 0°C kuni 100°C on vaja 8400 J soojust. Kui palju rohkem soojust (kJ) on vaja selle vee täielikuks aurustamiseks? Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg K), vee erisoojus on 2300 kJ/kg. (46)

909. Külmkapis vee jahutamiseks 33°C-lt 0°C kulus 21 minutit. Kui kaua kulub selle vee jääks muutmiseks? Vee erisoojusmaht 4200 J/(kg K), jää sulamissoojus 3,3 10 5 J/kg. Andke vastus minutitega. (50)

910. Anum veega kuumutatakse elektripliidil 20°C-lt keemiseni 20 minutiga. Kui palju rohkem aega (minutites) kulub 42% vee auruks muutmiseks? Vee erisoojusmahtuvus on 4200 J/(kgK), vee erisoojus on 2,210 6 J/kg. (55)

911. Arvutage gaasipõleti efektiivsus (protsentides), kui see kasutab gaasi erikütteväärtusega 36 MJ/m 3 , ja veekeetja soojendamiseks 3 liitri veega 10°C-st keemiseni kulus 60 liitrit gaasi. Veekeetja soojusvõimsus on 600 J/K. Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg K). (55)

912. Aurumasina töötamiseks kulub 1 tunni jooksul 210 kg kivisütt. Masinat jahutab vesi, mille sisselasketemperatuur on 17°C ja väljalasketemperatuur 27°C. Määrake veekulu (kg) 1 s, kui selle soojendamiseks kulub 24% kogu soojushulgast. Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kgK), kivisöe eripõlemissoojus on 30 MJ/kg. (10)

913. Kui mitmeks kilomeetriks jätkub 10 kg bensiini auto mootoril, mis arendab 69 kW võimsust kiirusel 54 km/h ja mille kasutegur on 40%? Bensiini eripõlemissoojus on 4,610 7 J/kg. (40)

Mehaanilise ja sisemise energia vastastikused muundumised

914. Elastsel löögil seinaga kuumenes 50 m/s kiirusega kuul 10°C võrra. Eeldades, et kuul sai kogu kokkupõrkel vabanenud energia, leidke kuuli materjali erisoojusmahtuvus. (125)

915. Kaks ühesugust kuuli tabasid seina. Esimene kuul soojeneb 0,5 K võrra, teine - 8 K võrra. Mitu korda on teise kuuli kiirus suurem kui esimese, kui kogu kuulide energia kulub nende soojendamisele? (4)

916. 100 J kineetilise energiaga kuul tabab seina ja kuumeneb 0,5 K. Kui suur protsent (protsent) kuuli energiast läks selle soojendamiseks, kui kuuli soojusmahtuvus on 20 J/K? (10)

917. Kui kõrge on kosk, kui vee temperatuur selle põhjas on 0,05°C kõrgem kui tipus? Oletame, et kogu mehaaniline energia läheb vee soojendamiseks. Vee erisoojusvõimsus 4200 J/(kg K), g= 10 m/s 2 . (21)

918. Millisele kõrgusele saaks tõsta 100 kg koormat, kui oleks võimalik veeklaasi jahutamisel 100°C temperatuurilt 20°C eralduv energia täielikult tööks muuta? Vee mass klaasis on 250 g, vee erisoojusmahtuvus 4200 J/(kg K), klaasi soojusmahtuvust ei arvestata. g= 10 m/s 2 . (84)

919. 2000 kg massiga haamer kukutatakse 1 m kõrguselt metallplokile massiga 2 kg. Löögi tulemusena tõuseb tooriku temperatuur 25°C võrra. Eeldades, et 50% kogu vabanevast energiast läheb valuploki soojendamiseks, leidke valuploki materjali erisoojusmahtuvus. g = 10 m/s 2. (200)

920. Plastiliinist pall visatakse kiirusega 10 m/s horisontaali suhtes 45° nurga all viskepunktist 8 m kaugusel asuva vertikaalseina suunas (horisontaalselt). Mitu kraadi (mK) pall kuumeneb, kui see seina külge kleepub? Oletame, et kogu palli kineetiline energia läks selle soojendamiseks. Plastiliini erisoojusmaht on 250 J/(kgK). g = 10 m/s 2. (136)

921. Kiirusega 500 m/s liikuv pliikuul läbistab seina. Tehke kindlaks, mitu kraadi kuul kuumenes, kui selle kiirus vähenes 300 m/s. Oletame, et 50% vabanenud soojusest kasutati kuuli soojendamiseks. Plii erisoojusmaht on 160 J/(kgK). (250)

922. Horisontaalselt kiirusega 500 m/s lendav kuul läbistab maapinnast 20 cm kõrgusel oleva laua. Samal ajal tõusis kuuli temperatuur 200°C võrra. Eeldades, et kogu löögi ajal eraldunud soojus kasutati kuuli soojendamiseks, leidke, millisel kaugusel (horisontaalselt) löögipunktist kuul maapinnale kukkus. Kuulimaterjali erisoojusmaht on 400 J/(kgK). g = 10 m/s 2. (60)

923. Keha libiseb maha kaldtasapind 260 m pikk ja 60° kalle. Hõõrdetegur tasapinnal on 0,2. Määrake, mitu kraadi tõuseb kehatemperatuur, kui 50% vabanevast soojusest kasutatakse selle soojendamiseks. Materjali, millest korpus on valmistatud, erisoojusmaht on 130 J/(kg K). g= 10 m/s 2. (1)

924. Kaks identset kuuli, mis on valmistatud ainest erisoojusmahuga 450 J/(kg K), liiguvad üksteise poole kiirusega 40 m/s ja 20 m/s. Määrake, mitu kraadi nad selle tulemusena soojenevad mitteelastne kokkupõrge. (1)

925. Horisontaalselt kiirusega 400 m/s lendav 10 g massiga kuul tabab niidil rippuvat puuklotsi massiga 990 g ja takerdub sellesse. Mitu kraadi kuul kuumeneb, kui 50% vabanenud soojusest kasutati selle soojendamiseks? Kuulimaterjali erisoojusmaht on 200 J/(kgK). (198)

926. Kui kiiresti peab kuul liikuma, et see seina tabades sulaks? Kuuli materjali erisoojusmaht on 130 J/(kgK), sulamissoojus on 22,25 kJ/kg, sulamistemperatuur 327°C. Kuuli temperatuur enne kokkupõrget on 152°C. Oletame, et kogu kokkupõrkel eraldunud soojus kasutati kuuli soojendamiseks. (300)

927. Milliselt kõrguselt (km) peab kukkuma tinakuul, et see pinnale sattudes täielikult sulaks? Oletame, et 50% palli energiast läheb kuumutamiseks ja sulatamiseks. Palli algtemperatuur on 32°C. Tina sulamistemperatuur on 232°C, erisoojusmaht on 200 J/(kg K), sulamissoojus 58 kJ/kg. g= 9,8 m/s 2 . (20)

928. Millise kiirusega peab pliigraanul 300 m kõrguselt vertikaalselt alla tulistades püssist välja lendama, et mitteelastset keha tabades graanul sulaks? Oletame, et kokkupõrkel eralduv soojus jaotub pelleti ja keha vahel võrdselt. Graanuli algtemperatuur on 177°C. Plii sulamistemperatuur on 327°C, selle erisoojusmaht on 130 J/(kgK), sulamissoojus on 22 kJ/kg. g = 10 m/s 2. (400)

929. Püssist tulistades lendab 45 g kaaluv lask kiirusega 600 m/s. Mitu protsenti 9 g kaaluva pulbrilaengu põlemisel vabanevast energiast moodustab haavli kineetiline energia? Püssirohu eripõlemissoojus on 3 MJ/kg. (kolmkümmend)

930. Mootor reaktiivlennuk kasuteguriga 20%, lennates kiirusega 1800 km/h, arendab see tõukejõudu 86 kN. Määrake petrooleumi tarbimine (tonnides) ühe lennutunni jooksul. Petrooleumi põlemissoojus on 4,310 7 J/kg. (18)

931. Kaugmaakahuri laengus on 150 kg püssirohtu. Mürsu kaal 420 kg. Kui suur on mürsu maksimaalne võimalik laskeulatus (km), kui relva efektiivsus on 25%? Püssirohu eripõlemissoojus on 4,2 MJ/kg. g = 10 m/s 2. Ignoreeri õhutakistust. (75)
Soojusbilansi võrrand

a) Küte ja jahutamine

932. Kalorimeetris segati 2 kg vett temperatuuriga 50 °C ja 3 kg vett temperatuuriga 30 °C. Leidke segu temperatuur (°C). Ignoreeri kalorimeetri soojusmahtuvust. (38)

933. Vanni valati 210 kg 10°C vett. Kui palju 100°C vett tuleb vanni lisada, et 37°C juures tekiks termiline tasakaal? (90)

934. On vaja segada 50°C vett ja 10°C vett, et segu temperatuur oleks võrdne 20°C. Mitu korda rohkem peaksin võtma? külm vesi kui kuum? (3)

935. 200 liitrise vanni valmistamiseks segati 10°C külm vesi 60°C kuuma veega. Mitu liitrit külma vett tuleb võtta, et vannis oleks temperatuur 40°C? (80)

936. Kuum keha temperatuuril 50 ° C puutub kokku külma kehaga 10 ° C juures. Kui termiline tasakaal saavutati, saavutas temperatuur 20 °C. Mitu korda on külma keha soojusmahtuvus suurem kuuma keha soojusmahtuvusest? (3)

937. 100°C-ni kuumutatud vaskkeha lastakse vette, mille mass on võrdne vaskkeha massiga. Termiline tasakaal tekkis temperatuuril 30 °C. Määrake vee algtemperatuur (°C). Vee erisoojusmahtuvus on 4200 J/(kgK), vase 360 J/(kgK). (24)

938. Määrake 0,6 kg kaaluva tina algtemperatuur (kelvinites), kui 3 kg kaaluvasse vette kastmisel temperatuuril 300 K vesi soojeneb 2 K võrra. Tina erisoojusmaht on 250 J/(kg) K), vesi on 4200 J/( kgK). (470)

939. Anumasse valati 0,1 kg vett temperatuuril 60°C, mille järel vee temperatuur langes 55°C-ni. Eeldades, et anuma soojusmahtuvus on 70 J/K ja vee erisoojus on 4200 J/(kgK), leidke anuma algtemperatuur (°C). (25)

940. 20 g kaaluva vee temperatuuri mõõtmiseks kasteti sellesse termomeeter, mis näitas 32,4 °C. Mis on vee tegelik temperatuur (°C), kui termomeetri soojusmahtuvus on 2,1 J/K ja enne vette kastmist näitas see toatemperatuuriks 8,4 °C? Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kgK). (33)

941. Termomeeter, mis näitab temperatuuri 22°C, kastetakse vette, misjärel näitab see temperatuuri 70°C. Milline oli vee temperatuur (°C) enne termomeetri kastmist? Vee mass on 40 g, vee erisoojus 4200 J/(kg K), termomeetri soojusmahtuvus 7 J/K. (72)

942. Pärast 100°C-ni kuumutatud keha langetamist 10°C temperatuuriga vette tõusis temperatuur 40°C-ni. Kui suur on vee temperatuur (°C), kui lasete sellesse ilma esimest keha eemaldamata teise samasuguse keha, mis on samuti kuumutatud 100 °C-ni? (55)

943. 110°C-ni kuumutatud keha langetati veega anumasse, mille tulemusena tõusis vee temperatuur 20°C-lt 30°C-ni. Milline oleks vee temperatuur (°C), kui sellesse langetaks samaaegselt esimesega samalaadne, kuid temperatuurini 120 °C kuumutatud keha? (39)

944. Kalorimeetris segatakse vastavalt kolm keemiliselt mitteinterakteeruvat mittekülmuvat vedelikku massiga 1, 10 ja 5 kg erisoojusvõimsusega 2, 4 ja 2 kJ/(kg K). Esimese ja teise vedeliku temperatuurid olid enne segamist 6°C ja 40°C. Segu temperatuur tõusis 19 °C-ni. Enne segamist leidke kolmanda vedeliku temperatuur (°C). (60)
b) Faasteisendused

945. Anumasse, mis sisaldab 9 kg 20°C vett, juhitakse 100°C juures 1 kg auru, mis muutub veeks. Määrake vee lõplik temperatuur (°C). Arvesse ei võeta anuma soojusmahtuvust ega soojuskadu. Vee erisoojusmahtuvus 4200 J/(kg K), vee erisoojus 2,1 10 6 J/kg. (78)

946. Teatud mass vett algtemperatuuriga 50°C kuumutatakse keemistemperatuurini, juhtides sellest läbi 100°C temperatuuriga auru. Mitme protsendi võrra suureneb vee mass? Vee erisoojusmahtuvus on 4200 J/(kgK), vee erisoojus on 2,110 6 J/kg. (10)

947. Kaks anumat sisaldavad sama temperatuuri juures 4,18 kg vett. Esimesse anumasse valatakse 0,42 kg vett, mille temperatuur on 100 °C, ja teise sama palju veeauru, mille temperatuur on 100 °C. Mitu kraadi on temperatuur ühes anumas kõrgem kui teises pärast termilise tasakaalu saavutamist igas anumas? Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kgK), vee erisoojus 2,3 MJ/kg. (50)

948. Temperatuurini 500 °C kuumutatud 10 kg kaaluv terasetükk tilgutatakse anumasse, mis sisaldab 4,6 kg 20 °C vett. Vesi soojeneb kuni 100°C ja osa sellest muutub auruks. Leidke toodetud auru mass (g). Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kgK), vee erisoojus on 2,310 6 J/kg, terase erisoojusmaht on 460 J/(kgK). (128)

949. 250 g kaaluv lumekamakas visatakse liitrisse 20°C temperatuuriga vette, osaliselt juba sulanud, s.t. mis sisaldab veidi vett temperatuuril 0 °C. Vee temperatuur anumas termilise tasakaalu saavutamisel osutus 5°C. Määrake vee kogus (grammides) lume koomas. Jää sulamissoojus on 330 kJ/kg, vee erisoojus 4200 J/(kgK). (75)

950. 85-liitrine vann tuleb täita 30°C veega, kasutades 80°C vett ja 20°C jääd. Määrake jää mass, mis tuleks vanni panna. Jää sulamissoojus on 336 kJ/kg, jää erisoojusmaht on 2100 J/(kg K), vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg K). (25)

951. 1 kg auru kondenseerumisel 100°C juures ja jahutades tekkiva vee temperatuurini 0°C eralduv soojushulk kulub teatud koguse jää sulatamiseks, mille temperatuur on 0°C. Määrake sulanud jää mass. Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kgK), vee erisoojus on 2,22 MJ/kg, jää sulamissoojus on 330 kJ/kg. (8)

952. Segu, mis koosneb 2,51 kg jääst ja 7,53 kg veest kogutemperatuuril 0 °C, tuleb kuumutada temperatuurini 50 °C, läbides auru temperatuuril 100 °C. Määrake selleks vajalik auru kogus (g). Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kgK), vee erisoojus on 2,3 MJ/kg, jää sulamissoojus on 330 kJ/kg. (1170)

953. Termilise tasakaalu olekus anum sisaldab teatud koguses vett ja sama palju jääd. Veeaur juhitakse läbi anuma temperatuuril 100°C. Leia vee püsitemperatuur anumas, kui läbi lastud auru mass on võrdne vee algmassiga. Vee erisoojusmaht on 4200 J/(kg K), vee erisoojus on 2,3 MJ/kg, jää sulamissoojus on 330 kJ/kg. (100)

954. Õhk pumbatakse anumast välja väikese koguse veega temperatuuril 0 °C. Sel juhul aurustub 6,6 g vett ja ülejäänu külmub. Leidke tekkinud jää mass (g). Vee erisoojus 0°C juures on 2,510 6 J/kg, jää sulamissoojus 3,310 5 J/kg. (50)
Töö ideaalne gaas

955. Konstantsel rõhul 3 kPa suurenes gaasi maht 7 liitrilt 12 liitrini. Kui palju tööd on gaas ära teinud? (15)

956. Paisudes silindris liikuva kolviga konstantsel rõhul 100 kPa, teeb gaas ära 100 kJ tööd. Kui palju gaasi maht muutus? (1)

957. Isobaarses protsessis rõhul 300 kPa absoluutne temperatuur ideaalne gaas tõusis 3 korda. Määrake gaasi esialgne maht (l), kui see paisutamise ajal tegi 18 kJ tööd. (kolmkümmend)

958. Kui palju tööd teevad kaks mooli teatud gaasi isobaarilise temperatuuri tõusuga 10 K võrra? Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (166)

959. 2 kg õhu isobaarsel kuumutamisel tuli tehtud tööd 166 kJ. Mitme kraadini õhk soojendati? Õhu molaarmass on 29 kg/kmol, universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (290)

960. Võrdsed vesiniku ja hapniku massid kuumutatakse isobaariliselt temperatuuril sama number kraadid. Vesiniku molaarmass on 2 kg/kmol, hapniku 32 kg/kmol. Mitu korda rohkem tööd teeb vesinik kui hapnik? (16)

961. Kolvi all olevas silindris on temperatuuril 300 K teatud mass gaasi, mis võtab rõhul 0,1 MPa 6 liitrit. Mitme kraadi võrra tuleb gaasi konstantsel rõhul jahutada, et selle kokkusurumiseks tehtav töö oleks võrdne 50 J? (25)

962. Silindris, mille aluspind on 100 cm 2 Gaas asub temperatuuril 300 K. Silindri põhjast 30 cm kõrgusel on 60 kg kaaluv kolb. Kui palju tööd teeb gaas paisumisel, kui selle temperatuuri tõsta aeglaselt 50°C? Atmosfäärirõhk 100 kPa, g= 10 m/s 2 . (80)

963. Kolvi all olevas silindris on 0,5 m 3 mahus gaas, mida hoiab kolvi raskusjõud ja atmosfäärirõhu jõud. Kui palju tööd (kJ) teeb gaas kuumutamisel, kui selle maht kahekordistub? Atmosfäärirõhk on 100 kPa, kolvi mass on 10 kg, kolvi pindala on 10 3 m 2. g = 10 m/s 2. (100)

964. Üks mool gaasi jahutati isohooriliselt, nii et selle rõhk vähenes 5 korda, ja seejärel kuumutati isobaariliselt algtemperatuurini 400 K. Kui palju tööd tegi gaas? Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (2656)

965. Viis mooli gaasi kuumutatakse esmalt konstantsel mahul, nii et selle rõhk tõuseb 3 korda, ja seejärel surutakse konstantsel rõhul kokku, viies temperatuuri varasema väärtuseni 100 K. Kui palju tööd tehti gaasiga selle kokkusurumisel? Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (8300)

966. Üks mool ideaalset gaasi jahutati isohooriliselt, nii et selle rõhk vähenes 1,5 korda, ja kuumutati seejärel isobaariliselt eelmise temperatuurini. Sel juhul tegi gaas 8300 J. Leidke gaasi algtemperatuur (kelvinites). Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (3000)

967. Ideaalne 4-mooline gaas paisub nii, et selle rõhk muutub otseselt proportsionaalselt selle mahuga. Millist tööd teeb gaas, kui selle temperatuur tõuseb 10 K võrra? Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (166)

968. Ideaalse 10 kg kaaluva gaasi temperatuur varieerub vastavalt seadusele T = aV 2 (a= 2 K/m 6). Määrake töö (mJ), mida gaas teeb, kui maht suureneb 2 liitrilt 4 liitrini. Gaasi molaarmass on 12 kg/kmol, universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (83)

969. Ideaalne gaas koguses 2 mooli on temperatuuril 400 K. Gaasi ruumala kahekordistub, nii et rõhk sõltub mahust lineaarselt. Leidke selles protsessis gaasi poolt tehtud töö, kui gaasi lõpptemperatuur on võrdne algtemperatuuriga. Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (4980)

970. Ideaalne gaas koguses 2 mol on temperatuuril 300 K. Gaasi mahtu suurendatakse 1,5 korda nii, et rõhk sõltub mahust lineaarselt ja suureneb 40%. Leidke selles protsessis gaasi poolt tehtud töö. Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (1743)

971. Ideaalne gaas koguses 2 mooli on temperatuuril 300 K. Gaasi ruumala kahekordistatakse nii, et rõhk sõltub mahust lineaarselt, ja seejärel surutakse gaas isobaariliselt kokku eelmise mahuni. Kui palju tööd tegi gaas nendes kahes protsessis, kui lõpprõhk on 20% väiksem algrõhust? Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (498)

Termodünaamika esimene seadus. Ideaalse gaasi siseenergia

972. Gaasi kuumutamisel suurenes selle siseenergia 300 J-lt 700 J-ni. Kui palju tööd tegi gaas, kui selle soojendamiseks kulus 1000 J soojust? (600)

973. Gaasi isohooriliselt kuumutamisel suurenes selle siseenergia 200 J-lt 300 J-ni. Kui palju soojust kulus gaasi soojendamiseks? (100)

974. Isobaarsel paisumisel tegi gaas 100 J tööd ja selle siseenergia suurenes 150 J. Seejärel anti isohoorilises protsessis gaasile sama palju soojust kui esimeses protsessis. Kui palju gaasi siseenergia nende kahe protsessi tulemusena suurenes? (400)

975. IN isotermiline protsess gaas tegi 1000 J tööd Kui palju suureneb selle gaasi siseenergia, kui sellele antakse kaks korda suurem soojushulk kui esimeses protsessis ja protsess viiakse läbi isohooriliselt? (2000)

976. Isotermilise protsessi käigus sai gaas 200 J soojust. Pärast seda tegi gaas adiabaatilises protsessis kaks korda rohkem tööd kui esimeses protsessis. Kui palju gaasi siseenergia nende kahe protsessi tulemusena vähenes? (400)

977. Isobaarsel kuumutamisel anti gaasile 16 J soojust, mille tulemusena suurenes gaasi siseenergia 8 J ja selle maht suurenes 0,002 m 3 võrra. Leidke gaasi rõhk (kPa). (4)

978. Ideaalse gaasi soojendamiseks konstantsel rõhul 0,1 MPa kulus 700 J soojust. Sel juhul suurenes gaasi maht 0,001-lt 0,002 m 3-le ja gaasi siseenergia osutus võrdseks 800 J. Kui suur oli gaasi siseenergia enne kuumutamist? (200)

979. Määrake 0,5 mol gaasi siseenergia muutus isobaarilisel kuumutamisel temperatuuril 27°C kuni 47°C, kui gaasile anti soojushulk 290 J. Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmol K). (207)

980. Mitu kraadi võrra tõusis ideaalse gaasi ühe mooli temperatuur, kui konstantsel rõhul suurenes selle siseenergia 747 J ja ühe mooli soojusmahtuvus konstantsel rõhul oli universaalsest gaasikonstandist 20,75 J/ võrra suurem. (molK)? (36)

981. Mooli ideaalset gaasi kuumutatakse konstantsel rõhul ja seejärel temperatuuril konstantne maht viiakse olekusse, mille temperatuur on võrdne algtemperatuuriga 300 K. Selgus, et selle tulemusena kandus gaasile soojushulk 12,45 kJ. Mitu korda on gaasi poolt hõivatud maht muutunud? Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmolK). (6)

982. Et soojendada teatud koguse ideaalset gaasi molaarmass 28 kg/kmol 14 K juures konstantsel rõhul vajas 29 J soojust. Et seejärel jahutada sama gaasi konstantsel mahul algtemperatuurini, tuleb sellest eemaldada 20,7 J soojust. Leidke gaasi mass (g). Universaalne gaasikonstant on 8300 J/(kmol K). (2)

983. Teatud mass ideaalset gaasi kuumutatakse konstantsel rõhul 15°C kuni 65°C, neelates 5 kJ soojust. Selle gaasi kuumutamine konstantsel mahul samal alg- ja lõpptemperatuuril nõuab 3,5 kJ soojuse kulutamist. Leidke selle gaasi massi maht (l) temperatuuril 15 °C ja rõhul 20 kPa. (432)

temperatuuri langus jätkub, kuid juba tekkinud tahke(jaotis F G).

Nagu kogemus näitab, eraldub kristalliseerumisel EF sektsioonis täpselt sama palju soojust Q = m, mis neeldus sulamisel BC sektsioonis.

10.5 Aurustumine ja kondenseerumine

Aurustumine on vedeliku üleminek gaasilisse olekusse (aur). Aurustamiseks on kaks võimalust: aurustamine ja keetmine.

Aurustumine on nimetus aurustumisele, mis toimub mis tahes temperatuuril vedeliku vabalt pinnalt. Nagu mäletate lehelt “Küllastunud aur”, on aurustumise põhjuseks kiireimate molekulide lahkumine vedelikust, mis suudavad ületada molekulidevahelise tõmbejõud. Need molekulid moodustavad vedeliku pinna kohal auru.

Erinevad vedelikud aurustuvad erinevatel kiirustel: mida suurem on molekulide üksteise külgetõmbejõud, seda väiksem arv molekulid ajaühikus suudavad neist üle saada ja välja lennata ning seda madalam on aurustumiskiirus. Eeter, atsetoon, alkohol aurustuvad kiiresti (neid nimetatakse mõnikord lenduvateks vedelikeks), vesi on aeglasem, palju aeglasem kui vesiõli ja elavhõbe aurustuvad.

Aurustumise kiirus suureneb temperatuuri tõustes (kuuma ilmaga kuivab pesu kiiremini), kuna suureneb vedelate molekulide keskmine kineetiline energia ja seega suureneb kiirete molekulide arv, mis on võimelised oma piiridest väljuma.

Aurustumise kiirus sõltub vedeliku pindalast: kui suurem ala, need suurem arv molekulid pääsevad pinnale ja aurustumine toimub kiiremini (seetõttu on pesu riputamisel see ettevaatlikult sirgeks).

Samaaegselt aurustumisega tekib ka vastupidine protsess: aurumolekulid, mis sooritavad juhuslikke liikumisi vedeliku pinna kohal, naasevad osaliselt tagasi vedelikku. Auru muutumist vedelikuks nimetatakse kondenseerumiseks.

Kondensatsioon aeglustab vedeliku aurustumist. Seega kuivab pesu kuivas õhus kiiremini kui niiskes õhus. Tuules kuivab see kiiremini: tuul kannab auru minema ja aurumine toimub intensiivsemalt.

Mõnes olukorras võib kondenseerumise kiirus olla võrdne kiirus aurustumine. Seejärel kompenseerivad mõlemad protsessid üksteist ja tekib dünaamiline tasakaal: tihedalt suletud pudelist ei aurustu vedelik aastaid ning sel juhul on vedeliku pinna kohal küllastunud aur.

Jälgime pidevalt veeauru kondenseerumist atmosfääris pilvede, vihma ja hommikuks langeva kaste näol; Just aurustumine ja kondenseerumine tagavad looduses veeringe, toetades elu Maal.

Kuna aurustumine on kiireimate molekulide väljumine vedelikust, siis aurustumisprotsessi käigus vedelikumolekulide keskmine kineetiline energia väheneb, s.t vedelik jahtub. Sulle on väga tuttav veest välja tulles jaheduse ja kohati isegi jaheduse tunne (eriti tuules): vesi, aurustades kogu kehapinna, kannab soojust ära, tuul aga kiirendab aurustumisprotsessi19.

Sama jahedust võib tunda ka siis, kui lasete lenduvas lahustis (ütleme atsetooni või küünelakieemaldaja) leotatud vatitükiga üle käe. Neljakümnekraadises kuumuses hoiame tänu suurenenud niiskuse aurustumisele läbi meie keha pooride oma temperatuuri normaalsel tasemel; ilma selle termoregulatsiooni mehhanismita, sellises kuumuses

19 Nüüd on selge, miks me kuuma teed peale puhume. Muide, veelgi parem on õhku endasse tõmmata, sest tee pinnale tuleb siis kuiv välisõhk, mitte aga niiske õhk meie kopsudest;-)

me lihtsalt sureks.

Vastupidi, kondenseerumisprotsessi käigus vedelik soojeneb: kui aurumolekulid naasevad vedelikku, kiirendavad neid lähedalasuvate vedelikumolekulide külgetõmbejõud, mille tulemusena suureneb vedelikumolekulide keskmine kineetiline energia ( võrrelge seda nähtust sulatise kristalliseerumise käigus vabaneva energiaga!).

10.6 Keetmine

Vee keetmise protsess on teile tuttav. Erinevalt aurustumisest, mis toimub ainult vedeliku vabalt pinnalt, on keetmine aurustumine, mis toimub kogu vedeliku mahu ulatuses.

Keetmine on võimalik, kuna vedelikus on alati lahustunud teatud kogus õhku, mis satub sinna difusiooni tulemusena. Vedeliku kuumutamisel see õhk paisub, õhumullid suurenevad järk-järgult ja muutuvad nähtavaks palja silmaga(veepannil ladestuvad nad põhja ja seintele). Õhumullide sees on küllastunud aur, mille rõhk, nagu mäletate, tõuseb temperatuuri tõustes kiiresti.

Mida suuremaks mullid muutuvad, seda suurem on neile mõjuv Archimedese jõud ning teatud hetkel hakkavad mullid eralduma ja üles hõljuma. Üles tõustes sisenevad mullid vähem kuumutatud vedeliku kihtidesse; neis olev aur kondenseerub ja mullid tõmbuvad uuesti kokku. Mullide kokkuvarisemine põhjustab tuttavat müra, mis eelneb veekeetja keetmisele. Lõpuks soojeneb aja jooksul kogu vedelik ühtlaselt, mullid jõuavad pinnale ja lõhkevad, paiskades välja õhku ja auru, müra asendub urisemisega ja vedelik keeb.

Mullid toimivad seega auru "juhtidena" vedeliku seest selle pinnale. Keemise ajal koos tavapärase aurustamisega muutub vedelik kogu mahu ulatuses auruks, aurustub õhumullideks, millele järgneb auru eraldumine väljast. Seetõttu aurustub keev vedelik väga kiiresti: veekeetja, millest vesi aurustuks mitu päeva, keeb ära poole tunniga.

Erinevalt aurustumisest, mis toimub igal temperatuuril, hakkab vedelik keema alles siis, kui saavutatakse keemistemperatuur, täpselt temperatuur, mille juures õhumullid on võimelised hõljuma ja pinnale jõudma. Keemistemperatuuri rõhul küllastunud aur muutub võrdseks vedeliku välisrõhuga (eriti atmosfäärirõhuga). Sellest lähtuvalt, mida rohkem välist survet, eriti koos kõrge temperatuur hakkab keema.

Normaalsel atmosfäärirõhul (1 atm ehk 105 Pa) on vee keemistemperatuur

100 C. Seetõttu on küllastunud veeauru rõhk temperatuuril 100 C võrdne 105 Pa-ga. See asjaolu peab probleemide lahendamiseks olema teada.

Elbruse tipus on atmosfäärirõhk 0,5 atm ja vesi keeb seal temperatuuril 82 C. Ja rõhul 15 atm hakkab vesi keema alles 200 C juures.

Keemispunkt (normaalsel atmosfäärirõhul) on antud vedeliku jaoks rangelt määratletud väärtus20. Seega alkohol keeb temperatuuril 78 C, eeter 35 C, elavhõbe 357 C. Pange tähele: mida lenduvam on vedelik, seda madalam on selle keemistemperatuur. Keemispunktide tabelist näeme ka, et hapnik keeb temperatuuril 183 C. See tähendab, et tavatemperatuuril on hapnik gaas!

20 Õpikute ja teatmeteoste tabelites toodud keemistemperatuurid on keemiliselt puhaste vedelike keemistemperatuurid. Lisandite olemasolu vedelikus võib muuta keemistemperatuuri. Ütleme kraanivesi sisaldab lahustunud kloori ja mõningaid sooli, mistõttu võib selle keemistemperatuur normaalsel atmosfäärirõhul veidi erineda 100 C-st.

Teame, et kui veekeetja tulelt eemaldada, lakkab keemine koheselt. Keemisprotsess nõuab pidevat soojust. Samal ajal veekeetja vee temperatuur lakkab pärast keetmist muutuma, jäädes kogu aeg 100 C juurde Kuhu kaob antud soojus?

Olukord on sarnane sulamisprotsessiga: soojust kasutatakse molekulide potentsiaalse energia suurendamiseks. IN sel juhul teostada töid molekulide eemaldamiseks sellistel vahemaadel, et tõmbejõud ei suudaks molekule üksteise lähedal hoida ja vedelik läheb gaasilisse olekusse.

10.7 Keemisgraafik

Mõelgem graafiline esitus vedeliku kuumutamise protsess, nn keemisgraafik (joonis 24).

Temperatuur

t kip


Riis. 24. Keemisgraafik

Sektsioon AB eelneb keemise algusele. Lõigus BC vedelik keeb ja selle mass väheneb. Punktis C keeb vedelik täielikult ära.

Sektsiooni BC täielikuks läbimiseks, st et juba keemistemperatuurini viidud vedelik muutuks täielikult auruks, tuleb sellele vedelikule anda teatud kogus soojust Qsteam. Kogemus näitab seda antud kogus soojus on otseselt võrdeline vedeliku massiga:

Qpar = Lm:

Proportsionaalsuskoefitsienti L nimetatakse vedeliku erisoojuseks (keemistemperatuuril). Aurustumise erisoojus on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis tuleb anda 1 kg keemistemperatuuril võetud vedelikule, et see muutuks täielikult auruks.

Seega on 100 C juures vee erisoojus 2300 kJ/kg. Huvitav on võrrelda jää sulamissoojusega (340 kJ/kg aurustumise erisoojus on peaaegu seitse korda suurem); See pole üllatav: lõppude lõpuks peate jää sulatamiseks hävitama ainult veemolekulide järjestatud paigutuse sõlmedes kristallvõre; sel juhul jäävad molekulide vahelised kaugused ligikaudu samaks (molekulide endi suuruse järgi). Kuid vee auruks muutmiseks peate tegema palju rohkem tööd, et katkestada kõik molekulidevahelised sidemed ja viia molekulid üksteisest märkimisväärsetesse kaugustesse (mis on palju suuremad kui molekulide suurus).

10.8 Kondensatsiooni graafik

Auru kondenseerumisprotsess ja sellele järgnev vedeliku jahutamine on graafikul sümmeetriliselt kuumutamise ja keetmise protsessiga. Siin on vastav kondensatsioonigraafik sajakraadise veeauru puhul, millega probleemides kõige sagedamini kokku puututakse (joonis 25).

Temperatuur




Riis. 25. Kondensatsioonigraafik

Punktis C on veeaur temperatuuril 100 C. Lõigus CD toimub kondenseerumine; selle sektsiooni sees on 100 C juures auru ja vee segu. Punktis D auru enam ei ole, on ainult 100 C vett. Sektsioon DE selle vee jahutamine.

Kogemused näitavad, et massiga m auru kondenseerumisel (s.o. sektsiooni CD läbimisel) eraldub täpselt sama palju soojust Q = Lm, mis kulus vedeliku m massiga muundamiseks auruks antud temperatuuril.

Võrdleme lõbu pärast järgmisi kuumuse koguseid:

Q1, mis vabaneb 1 g veeauru kondenseerumisel;

Q2, mis vabaneb, kui tekkiv 100-kraadine vesi jahtub näiteks 20 C-ni.

Q1 = Lm = 2300000 0;001 = 2300 J;

Q2 = cm t = 4200 0;001 80 = 336 J:

Need numbrid näitavad selgelt, et aurupõletus on palju hullem kui keeva vee põletus. Keeva vee kokkupuutel nahaga eraldub ainult ¾Q2 (keevavesi jahtub). Kuid põletuse korral eraldub kõigepealt suurusjärgus auru suur kogus soojus Q1 (aur kondenseerub), tekib sajakraadine vesi, misjärel selle vee jahtumisel lisandub sama väärtus Q2.

Teemad Ühtne riigieksami kodifitseerija : muuta agregatsiooniseisundid ained, sulamine ja kristalliseerumine, aurustumine ja kondenseerumine, vedelike keemine, energiamuutused faasisiiretes.

Jää, vesi ja veeaur - näited kolmest agregatsiooniseisundid ained: tahked, vedelad ja gaasilised. See, millises täpses agregatsiooniseisundis antud aine on, sõltub selle temperatuurist ja muudest välistingimustest, milles see asub.

Väliste tingimuste muutumisel (näiteks kui keha siseenergia soojenemise või jahtumise tagajärjel suureneb või väheneb), võivad toimuda faasisiirded - muutused keha aine agregaatide olekutes. Oleme huvitatud järgmisest faasisiirded.

Sulamine(tahke-vedelik) ja kristalliseerumine(vedel-tahke).
Aurustumine(vedel aur) ja kondensatsioon(auruvedelik).

Sulamine ja kristalliseerumine

Enamik tahkeid aineid on kristalne, st. on kristallvõre- selle osakeste rangelt määratletud, perioodiliselt korduv paigutus ruumis.

Kristallilise tahke aine osakesed (aatomid või molekulid) läbivad termilisi vibratsioone fikseeritud tasakaaluasendite lähedal. sõlmed kristallvõre.

Näiteks kristallvõre sõlmed lauasool- need on "kolmemõõtmelise" kuuprakkude tipud ruuduline paber(vt joonis 1, millel pallid suurem suurus esindavad kloori aatomeid (pilt saidilt en.wikipedia.org.)); Kui lased soolalahusest vett aurustuda, on järelejäänud sool väikeste kuubikute kuhi.

Riis. 1. Kristallvõre

Sulamine nimetatakse kristalse tahke aine muutumist vedelikuks. Iga keha saab sulatada - selleks peate selle soojendama sulamispunkt, mis sõltub ainult keha ainest, kuid mitte selle kujust ega suurusest. Sulamispunkt sellest ainest saab määrata tabelitest.

Vastupidi, kui jahutate vedelikku, muutub see varem või hiljem selleks tahkes olekus. Vedeliku muutumist kristalseks tahkeks aineks nimetatakse kristalliseerumine või kõvenemine. Seega on sulamine ja kristalliseerumine vastastikku vastupidised protsessid.

Temperatuuri, mille juures vedelik kristalliseerub, nimetatakse kristallisatsiooni temperatuur. Selgub, et kristalliseerumistemperatuur on võrdne sulamistemperatuuriga: antud temperatuuril võivad toimuda mõlemad protsessid. Niisiis, kui jää sulab, siis vesi kristalliseerub; Mida täpselt juhtub kõigis konkreetne juhtum- sõltub välistingimustest (näiteks kas ainele antakse soojust või eemaldatakse ainest).

Kuidas toimub sulamine ja kristalliseerumine? Mis on nende mehhanism? Nende protsesside olemuse mõistmiseks vaatleme graafikuid kehatemperatuuri sõltuvuse ajast selle kuumutamise ja jahutamise ajal - nn sulamis- ja kristalliseerumisgraafikud.

Sulamisgraafik

Alustame sulamisgraafikuga (joonis 2). Laske sisse algushetk aeg (graafikul punkt), keha on kristalne ja teatud temperatuuriga.

Riis. 2. Sulamisgraafik

Seejärel hakatakse kehale soojust andma (ütleme, et keha asetatakse sulatusahju) ja kehatemperatuur tõuseb väärtuseni - antud aine sulamistemperatuurini. See on graafiku osa.

Kohapeal saab keha soojust

Kus - erisoojus tahked ained - kehamass.

Kui sulamistemperatuur on saavutatud (punktis ), muutub olukord kvalitatiivselt. Hoolimata asjaolust, et soojust tarnitakse jätkuvalt, jääb kehatemperatuur muutumatuks. Toimub kohapeal sulamine keha - selle järkjärguline üleminek tahkest vedelasse. Krundi sees on meil segu tahke ja vedel ning mida lähemale punktile, seda vähem jääb tahket ainet ja seda rohkem vedelikku ilmub. Lõpuks polnud algsest tahkest kehast ühel hetkel enam midagi järel: see muutus täielikult vedelikuks.

Pindala vastab vedeliku edasisele kuumutamisele (või nagu öeldakse, sulama). Selles piirkonnas neelab vedelik teatud koguse soojust

kus on vedeliku erisoojusmaht.

Kuid see, mis meid praegu kõige rohkem huvitab, on faasisiirdeala. Miks segu temperatuur selles piirkonnas ei muutu? Kuumus tuleb!

Läheme tagasi kütteprotsessi algusesse. Tahke keha temperatuuri tõus piirkonnas tuleneb selle osakeste vibratsiooni intensiivsuse suurenemisest kristallvõre sõlmedes: tarnitud soojus suureneb. kineetiline kehaosakeste energia (tegelikult kulub mingi osa tarnitud soojusest töö tegemiseks, et suurendada osakeste keskmisi kaugusi – nagu me teame, kehad kuumutamisel paisuvad. See osa on aga nii väike, et võib ignoreeriti.).

Kristallvõre muutub üha lõdvemaks ja sulamistemperatuuril saavutab võnkevahemik piirväärtuse, mille juures on osakestevahelised tõmbejõud veel võimelised tagama nende järjestatud paigutuse üksteise suhtes. Tahke keha hakkab "õmblustest pragunema" ja edasine kuumutamine hävitab kristallvõre - nii algab piirkonnas sulamine.

Sellest hetkest alates kasutatakse kogu saadud soojust kristallvõre sõlmedes osakesi hoidvate sidemete purustamiseks, s.o. tõstma potentsiaal osakeste energia. Osakeste kineetiline energia jääb samaks, mistõttu kehatemperatuur ei muutu. Punktis kristallstruktuur kaob täielikult, hävitada ei jää enam midagi ja antud soojus läheb jällegi osakeste kineetilise energia suurendamiseks – sulandi soojendamiseks.

Eriline sulamissoojus

Seega ei piisa tahke aine muutmiseks vedelikuks selle sulamistemperatuurini viimisest. Kristallvõre täielikuks hävitamiseks (st läbilõike läbimiseks) on vaja täiendavalt (juba sulamistemperatuuril) anda kehale teatud kogus soojust.

See soojushulk suurendab osakeste interaktsiooni potentsiaalset energiat. Järelikult on sulandi siseenergia punktis teatud koguse võrra suurem kui tahke aine siseenergia punktis.

Kogemused näitavad, et väärtus on otseselt võrdeline kehakaaluga:

Proportsionaalsuskoefitsient ei sõltu keha kujust ja suurusest ning on aine omadus. Seda nimetatakse aine erisulamissoojus. Antud aine erisulamissoojuse leiate tabelitest.

Erisulamissoojus on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis on vajalik ühe kilogrammi antud aine vedelikuks muutmiseks. kristalne aine viidud sulamistemperatuurini.

Seega on jää sulamise erisoojus võrdne kJ/kg, plii - kJ/kg. Näeme, et jääkristallvõre hävitamiseks kulub peaaegu kaks korda rohkem energiat! Jää on aine, millel on kõrge erisoojus ja seetõttu ei sula see kevadel kohe ära (loodus võttis omad meetmed: kui jääl oleks sama erisoojus kui pliil, sulaks kogu jää ja lume mass koos jää ja lumega. esimene sula, ujutab kõik ümber).

Kristallisatsioonigraafik

Nüüd jätkame kaalumist kristalliseerumine- sulamisele vastupidine protsess. Alustame eelmise joonise punktist. Oletame, et hetkel, kus sulatise kuumenemine on peatunud (pliit on välja lülitatud ja sulatis on kokku puutunud õhuga). Täiendavad muutused sulamistemperatuuris on näidatud joonisel fig. (3) .

Riis. 3. Kristallisatsioonigraafik

Vedelik jahtub (sektsioon), kuni selle temperatuur jõuab kristalliseerumistemperatuurini, mis langeb kokku sulamistemperatuuriga.

Sellest hetkest peale sulatise temperatuur lakkab muutumast, kuigi soojus jätab selle siiski sisse keskkond. Toimub kohapeal kristalliseerumine sula - selle järkjärguline üleminek tahkesse olekusse. Piirkonna sees on jällegi tahke ja vedela faasi segu ning mida punktile lähemale, seda tahkemaks muutub ja seda vähem vedelaks.

Järgmine osa vastab tahke keha edasisele jahutamisele, mis tuleneb kristalliseerumisest.

Meid huvitab taas faasisiirde sektsioon: miks jääb temperatuur vaatamata soojuskadudele muutumatuks?

Tuleme uuesti asja juurde tagasi. Pärast soojusvarustuse seiskamist sulatise temperatuur langeb, kuna selle osakesed kaotavad järk-järgult kineetilise energia kokkupõrke tagajärjel keskkonnamolekulidega ja elektromagnetlainete emissiooniga.

Kui sulatise temperatuur langeb kristalliseerumistemperatuurini (punkti), aeglustuvad selle osakesed nii palju, et tõmbejõud suudavad need korralikult "lahti keerata" ja anda neile ruumis rangelt määratletud vastastikuse orientatsiooni. See loob tingimused kristallvõre tekkeks ja see hakkab tegelikult moodustuma tänu sulamist energia edasisele vabanemisele ümbritsevasse ruumi.

Samal ajal algab energia vabanemise vastuprotsess: kui osakesed võtavad oma kohad kristallvõre sõlmedes, väheneb nende potentsiaalne energia järsult, mille tõttu nende kineetiline energia suureneb - kristalliseeriv vedelik on soojusallikas. (jääaugu lähedal võib sageli näha linde istumas. Nad soojendavad end seal!) . Kristalliseerumisel eralduv soojus kompenseerib täpselt soojuskadu keskkonda ja seetõttu temperatuur piirkonnas ei muutu.

Sel hetkel sula kaob ja koos kristalliseerumise lõpuleviimisega kaob ka see sisemine soojuse "generaator". Energia pideva hajumise tõttu väliskeskkond temperatuuri langus taastub, kuid moodustunud tahke keha (sektsioon ) ainult jahtub.

Nagu kogemus näitab, kristalliseerumise ajal selles piirkonnas täpselt sama soojushulk, mis piirkonnas sulamisel neelus.

Aurustumine ja kondenseerumine

Aurustumine on vedeliku üleminek gaasilisse olekusse (in aur). Aurustamiseks on kaks võimalust: aurustamine ja keetmine.

Aurustumine nimetatakse aurustumiseks, mis toimub igal temperatuuril vabalt pinnalt vedelikud. Nagu mäletate lehelt “Küllastunud aur”, on aurustumise põhjuseks kiireimate molekulide lahkumine vedelikust, mis suudavad ületada molekulidevahelise tõmbejõud. Need molekulid moodustavad vedeliku pinna kohal auru.

Erinevad vedelikud aurustuvad erineva kiirusega: mida suurem on molekulide üksteise külgetõmbejõud, seda vähem molekule ajaühikus suudab neist üle saada ja välja lennata ning seda väiksem on aurustumiskiirus. Eeter, atsetoon ja alkohol aurustuvad kiiresti (neid nimetatakse mõnikord lenduvateks vedelikeks), vesi aurustub aeglasemalt ning õli ja elavhõbe palju aeglasemalt kui vesi.

Aurustumise kiirus sõltub vedeliku pindalast: mida suurem on pindala, seda rohkem molekule pääseb pinnale ja aurumine toimub kiiremini (sellepärast on pesu riputamisel see hoolikalt sirgeks).

Samaaegselt aurustamisega täheldatakse ka pöördprotsessi: vedeliku pinna kohal juhuslikke liikumisi tehes naasevad aurumolekulid osaliselt tagasi vedelikku. Auru muutumist vedelikuks nimetatakse kondensatsioon.

Kondensatsioon aeglustab vedeliku aurustumist. Seega kuivab pesu kuivas õhus kiiremini kui niiskes õhus. Tuules kuivab see kiiremini: tuul kannab auru minema ja aurumine toimub intensiivsemalt

Mõnes olukorras võib kondenseerumise kiirus olla võrdne aurustumiskiirusega. Siis kompenseerivad mõlemad protsessid üksteist ja tekib dünaamiline tasakaal: vedelik ei aurustu tihedalt suletud pudelist aastaid ning sel juhul tekib küllastunud aur.

Jälgime pidevalt veeauru kondenseerumist atmosfääris pilvede, vihma ja hommikuks langeva kaste näol; Just aurustumine ja kondenseerumine tagavad looduses veeringe, toetades elu Maal.

Kuna aurustumine on kiireimate molekulide lahkumine vedelikust, siis aurustumisprotsessi käigus väheneb vedelikumolekulide keskmine kineetiline energia, s.o. vedelik jahtub. Sulle on väga tuttav jaheduse ja mõnikord isegi jaheduse tunne (eriti tuules) veest välja tulles: vesi, aurustudes üle kogu kehapinna, kannab soojust ära, tuul aga kiirendab aurustumisprotsessi ( nüüd on selge, miks me kuuma teed peale puhume. Veelgi parem on endasse õhku tõmmata, sest tee pinnale tuleb siis kuiv välisõhk, mitte aga niiske õhk meie kopsudest ;-)).

Sama jahedust võib tunda ka siis, kui lasete lenduvas lahustis (ütleme atsetooni või küünelakieemaldaja) leotatud vatitükiga üle käe. Neljakümnekraadises kuumuses hoiame tänu suurenenud niiskuse aurustumisele läbi meie keha pooride oma temperatuuri normaalsel tasemel; Ilma selle termoregulatsioonimehhanismita me sellise kuumuse käes lihtsalt sureksime.

Keetmine

Keetmine- see on aurustumine, mis toimub kogu mahu ulatuses vedelikud.

Keetmine on võimalik, kuna vedelikus on alati lahustunud teatud kogus õhku, mis satub sinna difusiooni tulemusena. Vedeliku kuumutamisel see õhk paisub, õhumullid suurenevad järk-järgult ja muutuvad palja silmaga nähtavaks (veepannil settivad need põhja ja seintele). Õhumullide sees on küllastunud aur, mille rõhk, nagu mäletate, tõuseb temperatuuri tõustes kiiresti.

Mullid toimivad seega auru "juhtidena" vedeliku seest selle pinnale. Keemise ajal muudetakse vedelik koos tavapärase aurustamisega kogu mahu ulatuses auruks - aurustub õhumullideks, millele järgneb auru eraldumine. Seetõttu aurustub keev vedelik väga kiiresti: veekeetja, millest vesi aurustuks mitu päeva, keeb ära poole tunniga.

Erinevalt aurustumisest, mis toimub igal temperatuuril, hakkab vedelik keema alles siis, kui see jõuab keemispunkt- täpselt temperatuur, mille juures õhumullid suudavad hõljuda ja pinnale jõuda. Keemistemperatuuril muutub küllastunud auru rõhk võrdseks vedeliku välisrõhuga(eriti, atmosfääri rõhk). Seega, mida suurem on välisrõhk, seda kõrgemal temperatuuril keemine algab.

Normaalsel atmosfäärirõhul (atm või Pa) on vee keemistemperatuur . Sellepärast küllastunud veeauru rõhk temperatuuril on Pa. Seda fakti tuleb probleemide lahendamiseks teada – sageli peetakse seda vaikimisi teada.

Elbruse tipus on atmosfäärirõhk atm ja vesi keeb seal temperatuuril . Ja rõhu all atm hakkab vesi keema alles kell .

Keemistemperatuur (normaalsel atmosfäärirõhul) on antud vedeliku jaoks rangelt määratletud väärtus (õpikute ja teatmeteoste tabelites toodud keemistemperatuurid on keemiliselt puhaste vedelike keemistemperatuurid. Lisandite olemasolu vedelikus võib muuta keemistemperatuuri Näiteks kraanivesi sisaldab lahustunud kloori ja mõningaid sooli, seega võib selle keemistemperatuur normaalsel atmosfäärirõhul veidi erineda. Niisiis, alkohol keeb kell , eeter - kell , elavhõbe - kell . Pange tähele: mida lenduvam on vedelik, seda madalam on selle keemispunkt. Keemispunktide tabelist näeme ka, et hapnik keeb kl. See tähendab, et normaaltemperatuuril on hapnik gaas!

Teame, et kui veekeetja tulelt eemaldada, siis keemine lakkab kohe – keemisprotsess nõuab pidevat soojuse juurdevoolu. Samal ajal ei muutu veekeetja vee temperatuur pärast keetmist, jäädes kogu aeg võrdseks. Kuhu tarnitud soojus kaob?

Olukord on sarnane sulamisprotsessiga: soojust kasutatakse molekulide potentsiaalse energia suurendamiseks. Sel juhul - teostada tööd molekulide eemaldamiseks sellistel vahemaadel, et tõmbejõud ei suudaks hoida molekule üksteise lähedal ja vedelik muutub gaasiliseks.

Keemisgraafik

Vaatleme vedeliku kuumutamise protsessi graafilist esitust - nn keemisgraafik(joonis 4).

Riis. 4. Keemisgraafik

Piirkond eelneb keemise algusele. Piirkonnas vedelik keeb, selle mass väheneb. Sel hetkel keeb vedelik täielikult ära.

Lõigu läbimiseks, st. Selleks, et keemistemperatuurini viidud vedelik muutuks täielikult auruks, tuleb sellele anda teatud kogus soojust. Kogemused näitavad, et antud soojushulk on otseselt võrdeline vedeliku massiga:

Proportsionaalsustegurit nimetatakse eriline aurustumissoojus vedelikud (keemistemperatuuril). Aurustumise erisoojus on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis tuleb anda 1 kg keemistemperatuuril võetud vedelikule, et see muutuks täielikult auruks.

Seega on vee aurustumissoojus võrdne kJ/kg. Huvitav on võrrelda seda jää sulamise erisoojusega (kJ/kg) - aurustumise erisoojus on peaaegu seitse korda suurem! See pole üllatav: lõppude lõpuks on jää sulamiseks vaja ainult kristallvõre sõlmedes hävitada veemolekulide järjestatud paigutus; samal ajal jäävad molekulide vahelised kaugused ligikaudu samaks. Kuid vee auruks muutmiseks peate midagi ette võtma suurepärane töö lõhkudes kõik sidemed molekulide vahel ja eemaldades molekulid üksteisest olulisel kaugusel.

Kondensatsiooni graafik

Auru kondenseerumisprotsess ja sellele järgnev vedeliku jahutamine on graafikul sümmeetriliselt kuumutamise ja keetmise protsessiga. Siin on asjakohane kondensatsioonigraafik sajakraadise veeauru puhul, millega kõige sagedamini esineb probleeme (joon. 5).

Riis. 5. Kondensatsioonigraafik

Punktis on meil veeaur . Piirkonnas on kondensaat; selle piirkonna sees on auru ja vee segu . Punktis pole enam auru, kell on ainult vesi. Piirkond on selle vee jahutamine.

Kogemused näitavad, et massi auru kondenseerumisel (st läbilõike läbimisel) eraldub täpselt sama palju soojust, mis kulus antud temperatuuril vedela massi auruks muundamiseks.

Võrdleme lõbu pärast järgmisi kuumuse koguseid:

Mis vabaneb veeauru kondenseerumisel;
, mis vabaneb siis, kui tekkiv 100-kraadine vesi jahtub näiteks temperatuurini .

J;
J.

Need numbrid näitavad selgelt, et aurupõletus on palju hullem kui keeva vee põletus. Keeva vee kokkupuutel nahaga eraldub “ainult” (keeduvesi jahtub). Aurupõletuse korral aga eraldub esmalt suurusjärgu võrra suurem kogus soojust (aur kondenseerub), tekib sajakraadine vesi, misjärel selle vee jahtudes lisandub sama palju.