Тема 22. Зміна агрегатних станів речовини. Рівняння теплового балансу

• Зміну агрегатного стану речовини називають фазовим переходом.

• Плавлення — це перехід речовини з твердого кристалічного стану в рідкий. Зворотний процес називають кристалізацією.

Під час плавлення за рахунок теплоти, отриманої від нагрівника, руйнується кристалічна решітка кристала, при цьому середня кінетична енергія частинок тіла не змінюється, а потенціальна енергія їхньої взаємодії зростає. Під час кристалізації решітка відновлюється, при незмінній кінетичній енергії частинок їхня потенціальна енергія зменшується, надлишок енергії виділяється у вигляді теплоти. Звідси випливає, що:

а) температура речовини під час плавлення і кристалізації не змінюється;

б) температури плавлення і кристалізації для тої самої речовини однакові;

в) кількість теплоти, необхідна для плавлення даного тіла, дорівнює кількості теплоти, що виділяється при його кристалізації.

Якщо тіло, маса якого , нагріте до температури плавлення, то кількість теплоти, необхідну для перетворення його в рідину, обчислюють за формулою, де— питома теплота плавлення.

Питома теплота плавлення — фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості теплоти, необхідної для перетворення 1 кг кристалічної речовини, що взята за температури плавлення, у рідину. Одиницею вимірювання питомої теплоти плавлення у СІ є 1Дані про питому теплоту плавлення різних речовин містяться у таблиці.

• Пароутворення — пе перехід речовини з рідкого у газоподібний стан. Зворотний процес називають конденсацією. Існує два види пароутворення — випаровування та кипіння (див. розділ 18).

Для того щоб пароутворення відбувалося при сталій температурі (зазвичай температурі кипіння), рідині, маса якої т, потрібно надати кількість теплоти, яку обчислюють за формулою, де— питома теплота

пароутворення. Така сама кількість теплоти виділяється при конденсації пари.

Питома теплота пароутворення — фізична величина, що чисельно дорівнює кількості теплоти, необхідної для перетворення 1 кг рідини, взятої при температурі кипіння, у пару. Одиницею вимірювання питомої теплоти пароутворення у СІ є 1. Дані про питому теплоту пароутворення різних рідин містяться у таблиці.

• За відсутності фазового переходу тіло внаслідок теплообміну нагрівається або охолоджується. При цьому енергія, яку отримує тіло, йде на збільшення середньої кінетичної енергії частинок. При охолодженні тіло віддає енергію і кінетична енергія його частинок зменшується.

При нагріванні чи охолодженні тіла, маса якого , кількість теплотиобчислюють за формулою , де— початкова температура тіла,— кінцева температура,с— питома теплоємність речовини.

Питома теплоємність речовини— фізична величина, що чисельно дорівнює кількості теплоти, яку потрібно надати тілу, маса якого дорівнює 1 кг, щоб нагріти його на 1 К. Питома теплоємність залежить від роду речовини, агрегатного стану та для газів — від способу нагрівання (ізобарно чи ізохорно) і міститься у таблицях. Одиницею вимірювання питомої теплоємності в СІ є І -

Теплоємність тіла С — cm чисельно дорівнює кількості теплоти, що необхідно надати тілу, маса якого т, щоб збільшити його температуру на 1 К. Одиницею вимірювання теплоємності в СІ є Дж/К.

• Процес горіння палива супроводжується виділенням енергії. Кількість теплоти Q, що виділяється при горінні палива, обчислюють за формулою Q = qm, де q — питома теплота згорання палива, яка залежить від виду палива та вимірюється у СІ в Дж/кг. Дані про питому теплоту згорання різних видів палива містяться у таблиці.

Питома теплота згорання палива чисельно дорівнює кількості теплоти, що виділяється при згоранні 1 кг палива.

• Кількість теплоти, що виділяє нагрівник, потужність якого Р, або забирає охолоджувач, дорівнює Q = Pτ,

де т — час роботи нагрівника чи холодильника.

Узагальнювальна таблиця

• Рівняння теплового балансу (РТБ) описує закон збереження енергії під час теплообміну. — У замкнених термодинамічних системах (ТДС), тіла яких здійснюють теплообмін лише між собою, загальна кількість теплоти, що виділяється при теплообміні, дорівнює загальній кількості теплоти, що поглинається: