Siltuma daudzums

Vikipēdijas raksts
Pārlēkt uz: navigācija, meklēt

Siltuma daudzums ir enerģija, kuru saņem ķermenis siltumapmaiņas procesā (par siltuma daudzumu tāpat sauc enerģiju, kuru ķermenis atdod siltumapmaiņas procesā).

Siltuma apmaiņa[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Siltuma apmaiņa (jeb siltuma izplatīšanās) ir process, kurā viens ķermenis atdod enerģiju otram. Siltuma apmaiņā uz divu ķermeņu robežvirsmas notiek mijiedarbība starp lēni kustošajām aukstā ķermeņa molekulām un daudz ātrāk kustošajām siltā ķermeņa molekulām. Tāpēc molekulu kinētiskā enerģijas izlīdzinās, aukstā ķermeņa molekulu ātrumi palielinās, bet siltā - samazinās.

Siltuma apmaiņā daļa siltā ķermeņa iekšējā enerģija pāriet uz auksto ķermeni. Siltuma apmaiņā nenotiek enerģijas pārveidošanās no viena veida citā.

Siltuma daudzums[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Siltuma daudzumu fizikā apzīmē ar  Q \ . Tā mērvienība ir džouls  ( J ) \ .

Siltuma daudzumu var aprēķināt pēc formulas:

 Q = cm(t_2-t_1) = c m \Delta t \
kur
 m \ - vielas masa;
 c \ - vielas īpatnējā siltumietilpība;
 t_1 \ - vielas sākuma temperatūra;
 t_2 \ - vielas beigu temperatūra;
 \Delta t = t_2 - t_1 \ - temperatūras starpība

Ja ķermenis atdziest, tā beigu temperatūra  t_2 \ ir zemāka par sākuma temperatūru  t_1 \ un siltuma daudzums, ko atdod ķermenis, ir negatīvs.

Īpatnējā siltumietilpība[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Īpatnējā siltumietilpība ir siltuma daudzums, kurš jāpievada 1 kg vielas, lai tā temperatūra izmainītos par 1 K.

Īpatnējo siltumietilpību apzīmē ar  c \ . Tā mērvienība ir džouls uz kilogramu un kelvinu  ( \frac{J}{kg \cdot K} ) \ .

Dažādiem ķermeņiem vajadzīgs dažāds enerģijas daudzums, lai palielinātu temperatūru par 1 K. Piemēram, ūdens īpatnējā siltumietilpība ir 4190 J/kg K, bet vara - 380 J/kg K.

Īpatnējā siltumietilpība ir atkarīga ne tikai no vielas īpašībām, bet arī no tā, kādā procesā viela saņem siltumu. Ja gāzi sildīs tā, ka tās spiediens paliks konstants, tad gāze izpletīsies un veiks darbu. Lai sasildītu gāzi par 1 oC konstantā spiedienā, tai būs jāpiešķir lielāks siltuma daudzums nekā tad, ja to sildīs konstantā tilpumā.

Šķidrumi un cieti ķermeņi sasilstot izplešas maz, un to īpatnējās siltumietilpības, kuras atbilst konstantam tilpumam un konstantam spiedienam, maz atšķiras.

Īpatnējais iztvaikošanas siltums[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Īpatnējais iztvaikošanas siltums ir siltuma daudzums, kas vajadzīgs, lai 1 kg šķidruma konstantā temperatūrā pārvērstu tvaikā. Tātad, lai šķidrums pārvērstos tvaikā, tam jāsaņem zināms siltuma daudzums. Šķidruma temperatūra šīs pārvēršanās laikā nemainās. Šķidruma pārvēršanās tvaikā, pastāvot konstantai temperatūrai, nepalielina molekulu kinētisko enerģiju, bet gan palielina to potenciālo enerģiju.

Īpatnējo iztvaikošanas siltumu fizikā apzīmē ar  L \ (retāk ar  r \ ). Tā mērvienība ir džouls uz kilogramu  ( \frac{J}{kg} ) \ .

Ļoti liels īpatnējais iztvaikošanas siltums ir ūdenim, tas ir,  2,256 \cdot 10^6 J/kg \ pie 100 oC temperatūras. Citiem šķidrumiem (spirtam, ēterim, dzīvsudrabam, petrolejai un citiem) īpatnējais iztvaikošanas siltums ir 3...10 reizes mazāks.

Lai šķidrumu, kura masa  m \ pārvērstu tvaikā, vajadzīgo siltuma dadzumu aprēķina pēc šādas formulas:

 Q_{iztv} = Lm \ .

Tvaikam kondensējoties, izdalās tāds pats siltuma daudzums:

 Q_{kond} = - Lm \ .

Īpatnējais kušanas siltums[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Īpatnējais kušanas siltums ir siltuma daudzums, kas vajadzīgs, lai 1 kg kristāliskas vielas kušanas temperatūrā pārvērstu šķidrumā ar to pašu temperatūru.

Kristāliskam ķermenim kūstot, viss saņemtais siltuma daudzums tiek patērēts molekulu potenciālās enerģijas palielināšanai. Molekulu kinētiskā enerģija nemainās, jo kušanas procesā temperatūra nemainās.

Īpatnējo kušanas siltumu apzīmē ar grieķu burtu  \lambda \ ("lambda"). Tā mērvienība ir  \frac{J}{kg} \ .

Kristalizējoties 1 kg vielas, izdalās tieši tāds pats siltuma daudzums. Ledus īpatnējais kušanas siltums ir samērā liels, tas ir,  3,4 \cdot 10^5 J/kg \ .

Lai izkausētu kristālisku vielu, kuras masa  m \ , vajadzīgo siltuma daudzumu aprēķina pēc šādas formulas:

 Q_k = \lambda m \ .

Siltuma daudzums, ko ķermenis atdod kristalizācijas procesā, izsakāms pēc šādas formulas:

 Q_{kr} = - \lambda m \ .

Siltuma bilances vienādojums[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Siltuma bilances vienādojums ir šāds:

 Q_1 + Q_2 = 0 \
kur
 Q_1 \ - pirmā ķermeņa saņemtais (vai atdotais) siltuma daudzums
 Q_2 \ - otrā ķermeņa atdotais (vai saņemtais) siltuma daudzums

Vispārējā gadījumā, kad siltumapmaiņā piedalās vairāki ķermeņi, siltuma bilances vienādojums jāraksta šādi:

 Q_1 + Q_2 + Q_3 + ... = 0 \
kur
 Q_1 \ ,  Q_2 \ ,  Q_3 \ ir siltuma daudzumi, ko saņem vai atdod ķermeņi.

Siltuma bilances vienādojums varētu skanēt šādi: Siltuma daudzums, ko atdod siltākais ķermenis, ir vienāds ar siltuma daudzumu, ko saņem aukstākais ķermenis.

Siltuma bilances vienādojumu vispirms atklāja eksperimentāli, novērojot siltumapmaiņu starp ķermeņiem kalorimetrā - ierīcē, kura maksimāli izolē ķermeņus no apkārtējās vides iedarbības.