Бүх бодис дотоод энергитэй байдаг. Энэ үнэ цэнэ нь олон тооны физик, химийн шинж чанаруудаар тодорхойлогддог бөгөөд тэдгээрийн дунд дулаанд онцгой анхаарал хандуулах хэрэгтэй. Энэ хэмжигдэхүүн нь бодисын молекулуудын харилцан үйлчлэлийн хүчийг тодорхойлдог хийсвэр математикийн утга юм. Дулаан солилцооны механизмыг ойлгох нь бодисыг хөргөх, халаах, түүнчлэн тэдгээрийг шатаах үед хэр их дулаан ялгардаг вэ гэсэн асуултанд хариулахад тусална.
Дулааны үзэгдлийг нээсэн түүх
Эхэндээ дулаан дамжуулах үзэгдлийг маш энгийн бөгөөд тодорхой тайлбарласан: хэрэв бодисын температур нэмэгдвэл дулааныг хүлээн авдаг бөгөөд хөргөх үед түүнийг хүрээлэн буй орчинд гаргадаг. Гэсэн хэдий ч дулаан нь гурван зууны өмнө бодож байсан шиг шингэн юм уу биеийн салшгүй хэсэг биш юм. Матери нь өөрийн молекул, дулаан гэсэн хоёр хэсгээс бүрддэг гэж хүмүүс гэнэн итгэсэн. Латинаар "температур" гэдэг нэр томъёо нь "холимог" гэсэн утгатай байдгийг одоо цөөхөн хүн санаж байгаа бөгөөд жишээлбэл, тэд хүрэлийг "цагаан тугалга ба зэсийн температур" гэж ярьдаг байсан.
17-р зуунд гэсэн хоёр таамаглал гарч ирсэндулаан, дулаан дамжуулах үзэгдлийг тодорхой тайлбарлаж чадсан. Эхнийхийг 1613 онд Галилео санал болгосон. Түүний хэлсэн үг нь: "Дулаан бол ямар ч биед нэвтэрч, гадагшлах боломжтой ер бусын бодис юм." Галилео энэ бодисыг илчлэг гэж нэрлэсэн. Тэрээр илчлэг алга болж, нурж чадахгүй, харин зөвхөн нэг биеэс нөгөөд шилжих чадвартай гэж тэр нотолсон. Үүний дагуу бодис дахь илчлэг их байх тусам түүний температур өндөр болно.
Хоёр дахь таамаглал нь 1620 онд гарч ирсэн бөгөөд үүнийг философич Бэкон дэвшүүлсэн. Тэр алхны хүчтэй цохилтын дор төмөр халж байгааг анзаарав. Энэ зарчим нь үрэлтийн улмаас гал асаахад үйлчилдэг байсан нь Бэконыг дулааны молекулын шинж чанарын талаар бодоход хүргэсэн. Тэрээр бие махбодид механик нөлөөлөл үзүүлэх үед түүний молекулууд бие биенийхээ эсрэг цохилж, хөдөлгөөний хурдыг нэмэгдүүлж улмаар температурыг нэмэгдүүлдэг гэж тэрээр нотолсон.
Хоёр дахь таамаглалын үр дүн нь дулаан нь бодисын молекулуудын бие биентэйгээ механик үйлчлэлийн үр дүн гэсэн дүгнэлт юм. Ломоносов удаан хугацааны турш энэ онолыг нотлох, туршилтаар нотлохыг хичээсэн.
Дулаан бол бодисын дотоод энергийн хэмжүүр юм
Орчин үеийн эрдэмтэд дараах дүгнэлтэд хүрсэн: дулааны энерги нь бодисын молекулуудын харилцан үйлчлэлийн үр дүн, өөрөөр хэлбэл биеийн дотоод энерги юм. Бөөмийн хөдөлгөөний хурд нь температураас хамаардаг бөгөөд дулааны хэмжээ нь тухайн бодисын масстай шууд пропорциональ байна. Тэгэхээр нэг хувин ус дүүргэсэн аяганаас илүү дулааны энергитэй байдаг. Гэсэн хэдий ч халуун шингэнтэй тавагХүйтэн савнаас бага дулаан байж болно.
17-р зуунд Галилейгийн дэвшүүлсэн илчлэгийн онолыг эрдэмтэн Ж. Жоуль, Б. Рамфорд нар няцаасан. Тэд дулааны энерги нь ямар ч массгүй бөгөөд зөвхөн молекулуудын механик хөдөлгөөнөөр тодорхойлогддог болохыг баталсан.
Бодисыг шатаах үед хэр их дулаан ялгарах вэ? Тусгай илчлэгийн утга
Өнөөдөр хүлэр, газрын тос, нүүрс, байгалийн хий эсвэл мод нь бүх нийтийн эрчим хүчний эх үүсвэр бөгөөд өргөн хэрэглэгддэг. Эдгээр бодисыг шатаахад тодорхой хэмжээний дулаан ялгардаг бөгөөд энэ нь халаалт, асаах механизм зэрэгт ашиглагддаг. Энэ утгыг практикт хэрхэн тооцох вэ?
Үүний тулд шаталтын хувийн дулааны тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн. Энэ утга нь 1 кг тодорхой бодисыг шатаах явцад ялгарах дулааны хэмжээнээс хамаарна. Энэ нь q үсгээр тэмдэглэгдсэн бөгөөд J / кг-аар хэмжигддэг. Хамгийн түгээмэл түлшний q утгын хүснэгтийг доор харуулав.
Хөдөлгүүр барих, тооцоолохдоо инженер тодорхой хэмжээний бодисыг шатаахад ямар хэмжээний дулаан ялгарахыг мэдэх шаардлагатай. Үүнийг хийхийн тулд Q=qm томъёог ашиглан шууд бус хэмжилтийг ашиглаж болно, Q нь бодисын шаталтын дулаан, q нь шаталтын хувийн дулаан (хүснэгтийн утга), m нь өгөгдсөн масс юм.
Шаталтын явцад дулаан үүсэх нь химийн холбоо үүсэх үед энерги ялгарах үзэгдэл дээр суурилдаг. Хамгийн энгийн жишээ бол агуулагдах нүүрстөрөгчийн шаталт юморчин үеийн ямар ч төрлийн түлшинд. Нүүрстөрөгч нь агаар мандлын агаарт шатаж, хүчилтөрөгчтэй нийлж нүүрстөрөгчийн давхар ислийг үүсгэдэг. Хүрээлэн буй орчинд дулааны энерги ялгарах замаар химийн холбоо үүсэх ба хүн энэ энергийг өөрийн хэрэгцээнд ашиглахад дасан зохицсон.
Харамсалтай нь газрын тос, хүлэр зэрэг үнэт нөөцийг бодлогогүй зарцуулснаар эдгээр түлшийг үйлдвэрлэх эх үүсвэр удахгүй хомсдох болно. Өнөөдөр аль хэдийн нарны гэрэл, ус эсвэл дэлхийн царцдасын энерги зэрэг өөр эрчим хүчний эх үүсвэрт суурилсан цахилгаан хэрэгсэл, тэр ч байтугай шинэ загварын автомашинууд гарч ирж байна.
Дулаан дамжуулалт
Бие дотор эсвэл нэг биеээс нөгөөд дулааны энергийг солилцох чадварыг дулаан дамжуулалт гэнэ. Энэ үзэгдэл нь аяндаа үүсдэггүй бөгөөд зөвхөн температурын зөрүүтэй байдаг. Хамгийн энгийн тохиолдолд дулааны энерги нь илүү халуун биеэс бага халсан бие рүү тэнцвэр тогтох хүртэл шилждэг.
Дулаан дамжих үзэгдэл үүсэхийн тулд бие махбодь холбоо барих шаардлагагүй. Ямар ч тохиолдолд тэнцвэрийг бий болгох нь авч үзэж буй объектуудын хооронд бага зайд ч тохиолдож болно, гэхдээ тэдгээр нь хүрэлцэх үеэс бага хурдтай.
Дулаан дамжуулалтыг гурван төрөлд хувааж болно:
1. Дулаан дамжуулалт.
2. Конвекц.
3. Цацрагийн солилцоо.
Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр
Энэ үзэгдэл нь бодисын атом эсвэл молекулуудын хооронд дулааны энергийг шилжүүлэхэд суурилдаг. Шалтгаандамжуулалт - молекулуудын эмх замбараагүй хөдөлгөөн, тэдгээрийн байнгын мөргөлдөөн. Үүний улмаас дулаан нь гинжин хэлхээний дагуу нэг молекулаас нөгөөд шилждэг.
Дулаан дамжилтын үзэгдэл нь ямар ч төмрийн материалыг шохойжуулж, гадаргуу дээрх улайлт нь жигд тархаж, аажим аажмаар арилах үед (тодорхой хэмжээний дулааныг хүрээлэн буй орчинд гаргадаг) ажиглагдаж болно.
F. Фурье дулааны урсгалын томъёог гаргаж авсан бөгөөд энэ нь бодисын дулаан дамжилтын зэрэгт нөлөөлөх бүх хэмжигдэхүүнийг цуглуулсан (доорх зургийг үз).
Энэ томъёонд Q/t нь дулааны урсгал, λ нь дулаан дамжилтын илтгэлцүүр, S нь хөндлөн огтлолын талбай, T/X нь биеийн төгсгөлийн температурын зөрүүний харьцаа юм. тодорхой зай.
Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь хүснэгтийн утга юм. Энэ нь орон сууцны барилга, тоног төхөөрөмжийн дулаан тусгаарлалтанд практик ач холбогдолтой.
Цацраг дулаан дамжуулалт
Цахилгаан соронзон цацрагийн үзэгдэл дээр суурилсан дулаан дамжуулах өөр нэг арга. Түүний конвекц ба дулаан дамжуулалтаас ялгаа нь вакуум орон зайд эрчим хүчний дамжуулалт бас тохиолдож болох явдал юм. Гэхдээ эхний тохиолдолтой адил температурын зөрүү шаардлагатай.
Цацрагийн солилцоо нь хэт улаан туяаны цацрагийг голчлон хариуцдаг нарнаас дэлхийн гадаргуу руу дулааны энергийг шилжүүлэх жишээ юм. Дэлхийн гадаргад хэр хэмжээний дулаан хүрч байгааг тодорхойлохын тулд олон тооны станцууд баригдсанэнэ үзүүлэлтийн өөрчлөлтийг хянах.
Конвекц
Агаарын урсгалын конвектив хөдөлгөөн нь дулаан дамжуулах үзэгдэлтэй шууд холбоотой. Шингэн эсвэл хийд бид хичнээн дулаан өгсөнөөс үл хамааран бодисын молекулууд илүү хурдан хөдөлж эхэлдэг. Үүнээс болж бүхэл системийн даралт буурч, эзэлхүүн нь эсрэгээрээ нэмэгддэг. Энэ нь дулаан агаарын урсгал эсвэл бусад хий дээшээ хөдөлж буй шалтгаан юм.
Өдөр тутмын амьдралд конвекцийн үзэгдлийг ашиглах хамгийн энгийн жишээг өрөөг батарейгаар халаах гэж нэрлэж болно. Тэд ямар нэг шалтгаанаар өрөөний доод хэсэгт байрладаг боловч халсан агаар нь дээшлэх зайтай тул өрөөний эргэн тойрон дахь урсгалын эргэлтэд хүргэдэг.
Дулааныг хэрхэн хэмжих вэ?
Халаалтын буюу хөргөлтийн дулааныг тусгай төхөөрөмж болох калориметр ашиглан математикийн аргаар тооцдог. Суурилуулалт нь усаар дүүргэсэн том дулаан тусгаарлагчтай саваар төлөөлдөг. Орчуулагчийн анхны температурыг хэмжихийн тулд термометрийг шингэн рүү буулгадаг. Дараа нь тэнцвэрт байдал тогтоосны дараа шингэний температурын өөрчлөлтийг тооцоолохын тулд халсан биеийг ус руу буулгана.
t-ийг ихэсгэх, багасгах замаар хүрээлэн буй орчин нь биеийг халаахад хэр их дулаан зарцуулах ёстойг тодорхойлдог. Калориметр нь температурын өөрчлөлтийг бүртгэх хамгийн энгийн төхөөрөмж юм.
Мөн калориметр ашиглан шаталтын явцад хэр их дулаан ялгарахыг тооцоолж болно.бодисууд. Үүнийг хийхийн тулд "бөмбөг" -ийг усаар дүүргэсэн саванд хийнэ. Энэхүү "бөмбөг" нь туршилтын бодис байрладаг хаалттай хөлөг онгоц юм. Түүнд гал асаах тусгай электродууд холбогдсон бөгөөд танхим нь хүчилтөрөгчөөр дүүрдэг. Бодис бүрэн шатсаны дараа усны температурын өөрчлөлтийг тэмдэглэнэ.
Ийм туршилтын явцад дулааны энергийн эх үүсвэр нь химийн болон цөмийн урвалууд болох нь тогтоогдсон. Цөмийн урвал дэлхийн гүн давхаргад явагдаж, бүхэл бүтэн гаригийн дулааны гол нөөцийг бүрдүүлдэг. Тэдгээрийг хүн төрөлхтөн цөмийн хайлуулах замаар эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашигладаг.
Химийн урвалын жишээ нь хүний хоол боловсруулах тогтолцоонд бодисыг шатаах, полимерийг мономер болгон задлах явдал юм. Молекул дахь химийн бондын чанар, тоо хэмжээ нь эцсийн дүндээ хэр их дулаан ялгарахыг тодорхойлдог.
Дулааныг хэрхэн хэмждэг вэ?
Олон улсын SI системийн дулааны нэгж нь жоуль (J) юм. Мөн өдөр тутмын амьдралд системээс гадуурх нэгжийг ашигладаг - калори. Олон улсын стандартын дагуу 1 калори нь 4.1868 Ж, термохими дээр үндэслэн 4.184 Ж байна. Өмнө нь эрдэмтэд ховор хэрэглэдэг btu btu байсан. 1 BTU=1.055 Ж.
