На початку XIX століття люди були зацікавлені в підвищенні ефективності роботи парових машин і гармат. Очевидним фактом було те, що після кількох пострілів гармати перегрілись до такої міри, що стали непридатними. Це призвело до зауваження, що повинен існувати зв’язок між механічними та хімічними силами, що беруть участь у стрільбі, та „калорійністю”, як тоді називали тепло.

Саме Джоуль встановив точний зв’язок між механічною енергією та теплом.

еквівалентний

Тепло - це передача енергії через різницю температур. У цьому контексті вводиться калорія:

Калорія - це тепло, яке потрібно передати на грам води, щоб змінити її температуру з 14,5 до 15,5 градусів Цельсія

Він також має: 1Cal = 1000 кал.

Джоуль за допомогою лопатевого колеса, з'єднаного з набором шківів з кінцевими вагами, зміг показати точну залежність між механічною енергією ваг на шківах та підвищенням температури води в контейнері за рахунок обертання лопатей . Є все:

1 кал = 4186 Дж

Теплоємність зразка визначається як кількість енергії, необхідної для підвищення температури цього зразка на

Отже, якщо кількість теплоти Q викликає зміну температури речовини, ми маємо:

Питома теплоємність - це теплоємність на одиницю маси

ПРИМІТКА: Загалом c (T), отже:

КОНВЕНЦІЯ: Q позитивне, якщо тепло надходить у систему. Q від’ємне, якщо система віддає тепло.

Питома теплоємність залежить від зовнішніх умов. Для газів питома теплоємність при постійному тиску () відрізняється від питомої теплоти при постійному обсязі (). Що стосується рідин і твердих речовин, між ними немає великої різниці.


Методика вимірювання питомої нагрівання речовини X полягає у нагріванні зразка до відомої температури, поміщенні його в ємність з водою відомої маси та нижчої температури, вимірюванні температури системи після досягнення рівноваги.

Оскільки виконана робота є незначною, збереження енергії передбачає:

Зверніть увагу, що домовленість про знак передбачає знак - у правій частині цього рівняння (вода поглинає тепло).

Нехай маса речовини X буде.

Коли відбувається теплообмін без зміни температури (як при фазовому переході), ми говоримо про приховане тепло L.

Кількість теплоти Q, необхідна для зміни фази маси m чистої речовини, становить:

Прихована теплота плавлення: зміна фази з твердої на рідку.

Прихована теплота випаровування: зміна фази з рідини на газ.


Розглянемо газ, що міститься в циліндричній ємності площею перерізу А з поршнем. Коли газ розширюється, він працює на поршень, заданий

Якщо газ розширюється від об’єму до об’єму квазістатично: тобто настільки повільно, що кожен проміжний стан можна вважати станом рівноваги, ти маєш:

Це представляє площу під кривою P (V) на діаграмі P-V.

КОНВЕНЦІЯ: 0 $ ">: робота, виконана системою;

робота, виконана над системою.

Робота залежить від проміжних станів для отримання з f $ ">, а не тільки від i і f.

Якщо величину Q-W вимірюють для різних траєкторій, що з’єднують стани рівноваги i та f, знайдено єдиний результат. Тому ця величина повністю визначається i та f. Якщо U являє собою внутрішню енергію, ми маємо:

Це перший закон термодинаміки. Він виражає збереження енергії, включаючи процеси, що включають передачу тепла.

Якщо це нескінченно мала зміна стану, вона повинна:

Зверніть увагу, що лише dU є справжнім нескінченно малим, оскільки dQ і dW залежать від шляху.

Ізобарний процес: P = константа.

Ізоволумічний процес: V = константа.

Ізотермічний процес: Т = постійна.

Ізотермічне розширення ідеального газу

Робота, що розширюється з до, це:

Теплопровідність

Якщо два кінці матеріалу площею поперечного перерізу А, відокремленими відстанню dx, знаходяться при різних температурах, протягом миті буде протікати тепловий потік, від найгарячішої сторони до найхолоднішої сторони, заданий формулою:

Швидкість передачі енергії P вимірюється у ватах. k - теплопровідність матеріалу і градієнт температури.

Приклад: Для рівномірного бруска довжини L, ізольованого в мантії, ми повинні:

Приклад: Для пластини, складеної з декількох товстих матеріалів, ми маємо: