ЖЫЛУ МӨЛШЕРІ

Цилиндрдегі газдын, ішкі энергиясын тек жұмыс істеп қана емес, газды қыздырып та өзгертуге болады.

Егер поршеньді бекітіп қойсақ (сурет), онда қыздырғанда газдың көлемі өзгермейді және жұмыс жасалынбайды. Бірақ температура, демек, ішкі энергия артады.

Жұмыс атқармай, энергияның бір денеден екінші бір денеге берілу процесін, жылу алмасу немесе жылудың берілуі деп атайды.

Жылу алмасу кезіндегі ішкі энергия өзгеруінің сандық мөлшерін жылу мөлшері деп атайды. Сондай-ақ, дененің жылу алмасу процесінде беретін энергиясын да жылу мөлшері деп атайды.

Жылу алмасудың молекулалық көрінісі. Жылу алмасу кезінде денелер арасындағы шекарада суық дененің баяу қозғалатын молекулалары сурет мен ыстық дененің әлдеқайда шапшаң қозғалатын молекулаларының өзара әсерлесулері жүріп жатады. Осының нәтижесінде молекулалардың кинетикалық энергиялары теңеледі және суық дене молекулаларының жылдамдығы артады, ал ыстық дененікі азаяды.

Жылу алмасуда энергияның бір турден екінші турге айналуы болмайды, ыстык, дененің ішкі энергиясының біразы суык, денеге беріледі.

Жылу мөлшері және жылу сыйымдылығы. Массасы т денені t₁ температурадан t₂ температураға дейін қыздыру үшін, оған

Q = cm (t₁ – t₂)=cm Dt

жылу мөлшерін беру қажет екендігі белгілі.

Дене суынғанда оның соңғы температурасы t₂ бастапқы тем­пература t₁-ден аз және дененің беретін жылу мөлшері теріс болады.

Формуладағы с коэффициент менішкті жылу сыйымдылығы деп атайды. Меншікті жылу сыйымдылығы дегеніміз - бұл 1 кг заттың оның температурасы 1 К өзгергенде алатын немесе беретін жылу мөлшері.

Меншікті жылу сыйымдылығы тек заттардың қасиеттеріне па­на байланысты емес, сонымен бірге жылу берілуі қандай пррцесте іс жүзіне асырылатынына да байланысты. Егер газды тұрақты қысымда қыздыратын болсақ, онда ол ұлғайып, жұмыс істейтін болады. Тұрақты қысымдағы газды 1°С қыздыру үшін оны тұрақты көлемде сондай температураға қыздыруға кететін жылу мөлшерінен көбірек жылу қажет болады.

Сұйық және қатты денелер қыздырғанда болмашы ғана ұлғаяды және олардың тұрақты көлемдегі сондай-ақ тұрақты қысымдағы меншікті жылу сыйымдылықтарының айырмашылығы жоққа тән.

Меншікті булану жылуы. Сұйықты буға айналдыру үшін оған белгілі бір мөлшерде жылу беру қажет. Бұл айналу процесінде сүйықтың температурасы өзгермейді. Сұйықты тұрақты температурада буға айналдырғанда оның молекулаларының кинетикалық энергиясы артпайды, бірақ олардың потенциалдық энергиясы артады. Өйткені газ молекулалары арасындағы орташа қашықтық сұйықтың молекулаларының ара қашықтығына қарағанда әлденеше есе артық болады ғой.

Тұрақты температурада 1 кг сұйықты буға айналдыруға кететін жылу мөлшерін меншікті булану жылуы деп атайды. Бұл шаманы r әрпімен белгілейді және килограмға бөлінген джоульмен (Дж/кг) өрнектейді.

Судың меншікті булану жылуы аса зор. Ол 100°С температу­рада r_H20=2,256-10⁶ Дж/кг. Басқа сұйықтардың, мысалы спирт, эфир, сынап, керосин және басқаларының меншікті булану жы­луы суға қарағанда 3-10 есе аз.

Массасы т сұйықты буға айналдыру үшін мынадай жы­лу мөлшері керек болады:

Qd = rm

Бу конденсацияланғанда да осындай жылу мөлшерін шығаратын болады, яғни:

Qd = - rm

Меншікті балқу жылуы. Кристалл денені балқытқанда оған берілетін барлық жылу молекулалардың потенциалдық энергиясын арттыруға кетеді. Молекулалардың кинетикалық энергиясы өзгермейді, өйткені балқу процесі тұрақты температурада болып өтеді.

Балқу температурасындағы 1 кг кристалл затты сол темпера­турада сұйыққа айналдыруға кететін 1 кг жылу мелшерін меншікті балку жылуы деп атайды.

1 кг зат кристалданғанда да дәл осындай жылу мөлшері бөлініп шығады. Мұздың еру жылуы да айтарлықтай көп. Ол 3,34-105 Дж/кг-ға тең.

«Егер мұздың еру жылуы аса жоғары болмаса, - деп жазды Р. Блэк XVIII ғасырдың өзінде-ақ, -  онда көктемде мұздың бәрі бірнеше минутта немесе бірнеше секундта еріп кеткен болар еді, өйткені жылу ауадан мұзға үздіксіз беріліп тұрады. Мұның салдары алапат қауіпті болып шығар еді: мұндай жағдайда, яғни аса мол мұз бен қар ерігенде су тасқыны күшейіп, жер бетін сел алып, топансу қаптап кетер еді» (Р. Блэк (1728-1792) - балку және булану жылуын ашкан ағылшын оқымыстысы).

Массасы т кристалл денені балкыту үшін

Qбал = lm

тең жылу мөлшері қажет.

Дене кристалданғанда бөлініп шығатын жылу мөлшері мынаған тең:

Qкp = -lm

Дененің ішкі энергиясы қыздырғанда немесе суынғанда, буланғанда және конденсацияланғанда, балқығанда және кристалданғанда өзгереді. Осы жағдайлардың бәріне денеге қайсыбір жылу мөлшері беріледі немесе одан алынады.

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев. Физика. -Алматы, 1998. -256 бет.