Barcha jismoniy ob'ektlarning moddasi bo'lgan materiya atrofimizdagi dunyoni tushunish uchun hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'lgan bir qator issiqlik xususiyatlarini namoyish etadi. Harorat, issiqlik va termal kengayish kabi bu xususiyatlar energiya uzatish tamoyillari va fizika qonunlari bilan boshqariladi.
Harorat - bu moddadagi zarrachalarning o'rtacha kinetik energiyasining o'lchovidir, odatda Selsiy (°C), Farengeyt (°F) yoki Kelvin (K) da o'lchanadi. Issiqlik, aksincha, harorat farqi tufayli ikki ob'ekt yoki tizim o'rtasida energiya uzatish shaklidir. Xalqaro birliklar tizimida (SI) issiqlik birligi joul (J) dir. Issiqlik ( \(Q\) ), massa ( \(m\) ), solishtirma issiqlik sig'imi ( \(c\) ) va harorat o'zgarishi ( \(\Delta T\) ) o'rtasidagi bog'liqlik tenglama bilan tavsiflanadi: \(Q = mc\Delta T\) Maxsus issiqlik sig'imi - bir kilogramm moddaning haroratini Selsiy bo'yicha bir darajaga o'zgartirish uchun zarur bo'lgan issiqlik energiyasining o'lchovidir.
Materiallar qizdirilganda ular odatda kengayadi. Bu hodisa termal kengayish deb nomlanadi va uni qattiq, suyuqlik va gazlarda kuzatish mumkin. Issiqlik kengayish sodir bo'ladi, chunki haroratning oshishi zarrachalarning kinetik energiyasining oshishiga olib keladi va bu ularning bir-biridan uzoqlashishiga olib keladi. Issiqlik kengayish darajasini qattiq jismlar uchun chiziqli kengayish koeffitsienti ( \(\alpha\) ) bilan tavsiflash mumkin, bu uzunlik birligiga ( \(L\)) uzunligi ( \(L\) \(\Delta L\) ) o'zgarishini ko'rsatadi. ) haroratning har bir daraja o'zgarishi ( \(\Delta T\) ): \(\Delta L = \alpha L \Delta T\) Suyuqliklar va gazlar uchun hajmning kengayishi chiziqli kengayishdan ko'ra muhimroqdir va u koeffitsient bilan tavsiflanadi hajmli kengayish.
Faza o'zgarishlari - bu moddaning qattiq, suyuq va gaz fazalari o'rtasidagi o'zgarishlar va haroratni o'zgartirmasdan energiyani yutish yoki chiqarishni o'z ichiga oladi. Faza o'zgarishlarining asosiy turlariga erish, muzlash, bug'lanish, kondensatsiya, sublimatsiya va cho'kish kiradi. Faza o'zgarishi bilan bog'liq issiqlik yashirin issiqlik deb nomlanadi. Masalan, haroratni o'zgartirmasdan 1 kg muzni suvga aylantirish uchun zarur bo'lgan energiya termoyadroviy sintezning yashirin issiqligi ( \(L f\) ), 1 kg suvni haroratni o'zgartirmasdan bug'ga aylantirish uchun zarur bo'lgan energiya deyiladi. bug'lanishning yashirin issiqligi ( \(Lv\) ): \(Q = mL_f\) erish yoki muzlash uchun, \(Q = mL_v\) bug'lanish yoki kondensatsiya uchun.
Issiqlik energiyasi materiya orqali o'tkazuvchanlik, konveksiya va nurlanish orqali uzatilishi mumkin. O'tkazuvchanlik - bir-biri bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqada bo'lgan moddalar o'rtasida issiqlik uzatish. Materialning issiqlik o'tkazuvchanligi ( \(k\) ) uning issiqlik o'tkazish qobiliyatining o'lchovidir. Furyening issiqlik o'tkazuvchanlik qonuni issiqlik uzatish tezligi ( \(Q/t\) ), issiqlik o'tkazuvchanligi ( \(k\) ), maydon ( \(A\) ), harorat gradienti ( \(\Delta T/L\) o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rsatadi. \(\Delta T/L\) ) va materialning qalinligi ( \(L\) ): \(Q/t = kA(\Delta T/L)\) Konvektsiya - suyuqliklar (suyuqliklar yoki gazlar) harakati orqali issiqlik uzatish. ) harorat farqlaridan kelib chiqadi. Bu suyuqlikning ommaviy harakatini o'z ichiga oladi. Radiatsiya - bu energiyaning elektromagnit to'lqinlar orqali uzatilishi va tarqalish uchun vositani talab qilmaydi. Barcha jismlar termal nurlanish chiqaradi va chiqadigan nurlanish miqdori Stefan-Boltzman qonunida tasvirlanganidek, jism haroratining to'rtinchi darajasi bilan ortadi: \(P = \sigma AT^4\) bu erda \(P\) - chiqarilgan quvvat, \(\sigma\) - Stefan-Boltzman doimiysi, \(A\) - sirt maydoni va \(T\) - Kelvindagi harorat.
Suvning o'ziga xos issiqlik sig'imi va 4 ° C atrofida harakatlanishi bilan bog'liq ba'zi noyob xususiyatlarga ega. Suvning o'ziga xos issiqlik sig'imi sezilarli darajada yuqori, bu uning haroratini oshirish uchun juda ko'p issiqlik energiyasini talab qiladi, bu uning ekotizimlarda termal bufer rolini o'ynashiga yordam beradi. Bundan tashqari, suv 4 ° C da maksimal zichlikka etadi; bu harorat ostida soviganida u kengayadi. Ushbu anomal kengayish sovuq iqlim sharoitida suv hayotining omon qolishi uchun juda muhimdir, chunki suv havzalari yuzasida muz hosil bo'lib, pastdagi suvni izolyatsiya qiladi.
Moddaning issiqlik xossalari kundalik hayotda va sanoatda keng qo'llaniladi. Misol uchun, harorat o'zgarishi bilan kengayish va qisqarishni ta'minlash uchun ko'priklar va temir yo'llarni loyihalashda termal kengayish hisobga olinadi. Suvning yuqori o'ziga xos issiqlik sig'imi uni sanoat jarayonlarida va elektr stansiyalarida mukammal sovutish suvi qiladi.
Suvning o'ziga xos issiqlik sig'imini ko'rsatish uchun tajribada ma'lum miqdordagi energiyani o'lchangan suvga o'tkazish uchun isitgich ishlatiladi. Haroratning o'zgarishini kuzatish orqali o'quvchilar \(Q = mc\Delta T\) formulasidan foydalanib, suvning solishtirma issiqlik sig'imini hisoblashlari mumkin.
Yana bir keng tarqalgan namoyish suv bilan shisha ustiga shar qo'yishni o'z ichiga oladi. Suv qizdirilsa va bug'ga aylanganda, havoni itarib yuboradigan suv bug'lari tufayli shar puflanadi. Bu gazga aylanganda suvning kengayishini, moddaning termal kengayishining ko'rinadigan ta'sirini ko'rsatadi.
Moddaning issiqlik xossalarini tushunish nafaqat fundamental fizikani tushunishimizni kuchaytiradi, balki turli amaliy vazifalarni hal qilish uchun muhandislik qobiliyatimizni ham boyitadi.
