Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
Колькасць цеплыні, якую трэба перадаць целу, каб павысіць яго тэмпературу на Г, называецца цеплаёмісасцю гэтага цела.
110
Дослед паказвае, што для награвання цела не на ГС, а на /°, патрэбна ў / разоў большая колькасць цеплыні. Пры астыванні на I3 цела аддае такую ж колькасць цеплыні, якую паглынае пры награванні на І'.
Чым большая маса цела, тым большая яго цеплаёмкасць, г зн. тым большая колькасць цеплыні патрэбна для награвання яго на ГС.
Цеплаёмкасць аднароднага цела прапарцыянальна яго масе і залежыць ад рэчыва, з якога яно складаецца.
Параўноўваць паміж сабой можна цеплаёмкасці розных рэчываў, якія маюць аднолькавую масу, роўную, напрыклад, адзінцы масы.
Колькасць цеплыні, неабходная для награвання 1 г рэчыва на ГС называецца ўдзельнай цеплаёмкасцю рэчыва.
Няхай Q — колькасць цеплыні, якую трэба перадаць целу, маса якога т, каб павысіць тэмпературу яго ад f\ да (°2. Каб вызначыць удзельную цеплаёмкасць рэчыва с, трэба колькасць цеплыні Q падзяліць на масу цела т і на рознасць тэмператур t°2 —1\. Такім чыпам,
/"Лг.) ‘
,, „ кал , „ ккал
Удзельныя цеплаемкасці звычанна выражаюць у ^радаоо ў •
Удзельная цеплаёмкасць вады пры награванні ад 19 ,5 С
да 20°,5 С роўна 1 Пры іншых тэмпературах яна адрозніваецца
ад 1 с.
кал
■грйд’
але гэтае адрозненне вельмі ііязначнае, і мы яго надалеіі
улічваць не будзем. Наогул удзелыіая цеплаёмкасць любога рэчыва са змяненнем тэмпературы хоць і нязначная, але мяняецца.
У многіх выпадках пры разліках карыстаюцца сярэднім зпачэннем удзельнай цеплаёмкасці. Для некаторых рэчываў такія значэнні „ „ .. ' . / кал , ккал \ „
ўдзелыіан цеплаемкасці |у аоо прыведзены ў паступ
най табліцы:
Вадарод . . .3,41
Гелій .... 1,26
Спірт .... 0,58
Эфір .... 0,56
Карасін . . .0,51
Лёд...........0,48
Паветра . . . 0,24
Алюміній . . . 0,22 Шкло . . . .0,19 Алмаз . . . .0,12
Жалеза . . . 0,11
Медзь .... 0,09
Серабро . . . 0,05
Ртуць .... 0,03
Волава .... 0,05
Свінен .... 0,03
Ведаючы ўдзельную цеплаёмкасць рэчыва, па формуле
Q = cm (l°2 — t3^
можна разлічыць колькасць цеплыні, якая ідзе па паграванне цела.
74. Вымярэнне ўдзельнай цеплаёмкасці. Для вымярэння ўдзелыіай цеплаёмкасці цвёрдых, вадкіх і газападобных рэчываў існуюць розныя спосабы. Мы разгледзім найбольш просты спосаб вымярэння цеплаёмкасці цвёрдых рэчываў.
Выпрабоўваемае цела награваюць да пэўнай тэмпературы і затьы апускаюць яго ў спецыялыіы прыбор — каларыметр, у які наліта нэупая колькасць вады (рыс. 129).
111
Калі вада ў каларыметры мае тэмпературу ніжэйшую, чым тэмпература апушчанага ў яе цела, то яна награваецца, а цела ахалоджваецца да таго часу, пакуль іх тэмпературы не стануць роўны.мі. Колькасць цеплыні, аддадзеная целам, роўна колькасці цеплыні, агрыманай каларыметрам і вадой Гэты доследны факт і дае магчымасць
Рыс. 129. Схема ўстаноўкі па вызпачэнню ўдзельнай цеплаёмкасці рэчыва пры дапамозе каларыметра.
вызначыць удзельную цеплаёмкасць цела.
Няхай маса каларыметра рсўна m^ яго ўдзельная цеплаёмкасць q, маса вады ў каларыметры т2, удзелыіая цеплаёмкасць вады с, пачатковая тэмпература вады і каларыметра /“х, маса выпрабоўваемага цела т, яго ўдзельная цеплаёмкасць сх і пачатковая тэмпература /°, агульная тэмпература каларыметра і цела 6 (грэч. «тэта»). Тады вынік указапага доследу можна выразіць ураўненнем: схт (/° — 0°) = qmt (0! — t\) + ст2 (6°—/\) • (1)
Гэта ўраўненне цеплавога балансу. Япо абазначае, што пры цеплаабмене паміж выпрабоўваемым целам і каларыметрам колькасць цеплыні, аддадзеная целам, роўна колькасці цеплыні, атрыманай каларыметрам.
3 ураўнення (1) вызначаецца шукаемая ўдзелыіая цеплаёмкасць:
Сх
с^пх (0° — /°,) + ст2 (0° — Гі) m(f0°)
Трэба мець на ўвазе, што, акрамя абмену энергіяй паміж унесеным целам і каларыметрам, такі абмен магчым паміж целам і прадметамі, якія акружаюць каларыметр. Пры дакладных вымярэннях пеабходна па магчымасці памяншаць страты энергіі і ўводзіць у вылічэнні папраўкі, якія ўлічваюць тую частку энергіі, што перадаецца ў працэсе доследу акружаючаму асяроддзю.
Пракпгыкаванне 18.
1. Вызначыць, якая колькасць цеплыні патрэбна для награвання 425 г вады яа 20’С.
2. На колькі градусаў нагрэюцца 5 кг вады, калі вада атрымае 40 ккал?
3. Колькі патрэбна калорый, каб т грамаў вады пры тэмпературы t, нагрэць да тэмпературы /2?
4 У каларыметр наліта 2 кг вады пры тэмпературы 15°С. Да якой тэмпературы нагрэецца вада каларыметра, калі ў яе апусціць" латунную і'іру ў 500 г, нагрэтую да 100°С? Удз. цеплаёмкасць латуні 0,088 ^^р^' •
5. Ёсць аднолькавага аб'ёму кавалкі медзі, волава і алючійію. Які з гэтых кавалкаў мае пайбольшую >’ які найменшую цеплаёмкасць?
6. У каларыметр было наліта 450 г вады, тэмпература якой 20°С. Калі ў гэтую ваду апусцілі 200 г жалезных апілак, нагрэтых да 100’С, тэмпература вады стала 24 С. Вызначыць удзельную цеплаёмкасць апілак.
7. Медны каларыметр вагою 100 г умяшчае 738 г вады, тэмпература якой 15°С. У гэты каларыметр апусцілі 200 г медзі пры тэмпературы 100°С, пасля чаго тзмпература каларыметра паднялася да 17°С. Якая ўдзельная цеплаёмкасць медзі?
112
8. Стальны шарык масай 10 г вынялі з печы і апусцілі ў в;<ду пры тэмпсратуры 1О°С. Тэмпература вады паднялася да 25°С. Якая была тэмпература печы, кал
калі маса вады 50 а? Удз. цеплаёмкасць сталі 0,12 г.гра^ ■
9. У жалезны кацёл масай 1,5 кг наліта 5 кг вады. Колькі патрэбна калорый, каб у гэтым катле нагрэць ваду ад 15°С да 100'G
75. Развіццё поглядаў на прыроду цеплыні. У XVIII ст. панавала думка, што цеплыня ёсць асобая нябачная і бязважкая вадкасць, якая здольна пераходзіць з аднаго цела ў другое. Такая вадкасць, якую называлі цеплародам, знаходзілася, на думку прыхільнікаў гэтай гіпотэзы, ва ўсіх целах.
Гіпотэзы цеплароду ў свой час прытрымліваліся славутыя вучоныя — Ньютан, Лавуазье, Лаплас, ГейЛюсак і інш. Сама назва «цеплаёмкасць» уведзена была таму, што яна ўказвала на наяўнасць цеплароду.
У той час, як большасць вучоных XVIII ст. прымалі гіпотэзу цеплароду, супраць яе рашуча выступіў М. В. Л а м а н о с а ў.
У 1745 г. М. В. Ламаносаў апублікаваў работу «Разважанні аб прычыне цеплыні і холаду», якая пачыналася так: «Досыць вядома, што цяпло ўзбуджаецца рухам: рўкі ад узаемнага трэння еаграваюцца, дрэва загараецца, іскры вылятаюць пры ўдары крэмепем аб сталь, жалеза напальваецца пры каванні яго частымі, моцнымі ўдарамі; пасля спынення іх цяпло памяншаецца, і атрыманы агонь патухае... 3 усяго гэтага зусім відавочпа, што ёсць дастатковая аснова цеплыні ў руху. А паколькі ніякі рух без матэрыі адбывацца не можа, то неабходна, каб дастатковая аснова цепльші заключалася ў руху якойнебудзь матэрыі».
Па Ламаносаву, цеплыня ўзнікае ў целах у выніку надання ім руху; значыць, сутнасць цеплыні — у руху частачак, якія ўтвараюць цела.
Вучэнне Ламаносава аб прыродзе цеплыні знайшло прызнапне сярод рада буйнейшых вучоных яго часу. Так, напрыклад, вядомы матэматык і фізік Эйлер у пісьме да Ламаносава пісаў: «Кожпы ведае, што трактаты аб прычынах цеплыні, якія з’явіліся да гэтага часу, яшчэ не растлумачылі цалкам гэты прадмет, і тыя, хто займаецца яго даследавайнем, заслугоўваюць найвялікшай нахвалы. Вам нельга не падзякаваць за тое, што вы рассеялі цемру, якая пакрывала дасюль гэтае пытанне».
Ведаў аб працах Ламаносава і вядомы італьянскі фізік Вольта. У 1786 г. ён адзначыў «тую надзвычайную дасціпнасць, з якой пан Ламапосаў у свой час абвергнуў цепларод».
Далейшае развіццё і доследнае абгрунтаванне вучэшіе аб нрыродзе цеплыні знайшло ў працах англійскіх вучоных Румфарда і Дэві.
У 1798 г. Румфард пісаў: «Калі я прысутнічаў у мюнхенскім арсенале пры свідраванні гармат, мяне здзівіла высокая тэмпература, якую метал хутка набываў пры свідраваіші, і яшчэ больш высокая тэмпература металічных стружак, якая перавышала тэмпературу кіпення вады».
8 A. В. Псрышкін. Курс фізікі, ч. II
113
Жадаючы пераканацца. ці існуе цепларод, Румфард прывёў рад доследаў, пры якіх старанна ізаляваў выпрабоўваемы прадмет ад .награвання якімінебудзь і ішымі прадметамі. Ён свідраваў металічны цыліндр, змясціўшы яго ў скрынку, напоўненую халоднай вадой, і пераканаўся, што праз кароткі час вада пачынае кіпець. «Цяжка апісаць неўразуменне і здзіўленне, якія адбіліся на тварах прысутных, калі яны ўбачылі, што такая вялікая колькасць вады была даведзена да кіпення без дапамогі агню».
Румфард заўважыў, што чы.м больш працуе конь, які прыводзіць у рух свердзел, тым больш выдзяляецца цеплыні. На падставе гэтага назірання ён зрабіў вывад, што «пельга лічыць рэчывам тое, што можна атрымаць у неабмежаванай колькасці з ізаляваііага цела, і нельга ўявіць сабе цеплыню інакш, чым некаторым рухам».
У 1802 г. Дэві паказаў на доследзе, што пры трэнні двух кавалкаў лёду ўтвараецца вада, цеплаёмкасць якой у два разы болыпая, чым цеплаёмкасць лёду. Гэты дослед Дэві паўтарае, змяшчаючы кавалак лёду пад каўпак паветранага насоса. 1 ў гэтым выпадку, хоць лёд ііе мог ніадкуль атрымаць «цеплароду», ён ператвараецца ў ваду, на што затрачваецца цеплыня.
Нягледзячы на перакапаўчасць довадаў Ламаносова, Румфарда, Дэві, якія абвяргалі існаванне цеплароду, гіпотэза цеплароду яшчэ досыць доўга існавала ў навуцы. Для доказу яе негрунтоўнасці спатрэбіліся новыя доследы, новыя навуковыя даследаванні.
76. Механічны эквівалент цеплыні. У пачатку XIX ст. у прамысловасць і транспарт шырока ўкараняюцца паравыя рухавікі. Адначасова даследуюцца магчымасці павышэння іх эканамічнасці. У сувязі з гэтым перад фізікай і тэхнікай ставіцца пытаппе вялікай практычнай важнасці: як пры найменшай затраце паліва ў ’ машыве можна выканаць больш работы.
Першы крок у вырашэнні гэтай задачы зрабіў французскі інжыпер Садзі Карпо ў 1824 г., вывучаючы пытанне аб каэфіцыенце карыснага дзеяння паравых машын.
У 1842 г. нямецкі вучоны Роберт Майер тэарэтычна вызпачыў, якую колькасць механічнай работы можна атрымаць пры затраце адной кілокалорыі цеплыні.
У аснову сваіх разлікаў Майер паклаў адрозненне ў цеплаёмкасцях газу.
У газаў адрозніваюць дзбе цеп.іаёмкасці: цеплаёмкасць пры пастаянным ціску (Ср) і цеплаёмкасць пры пастаянным абёме (cv).
Цеплаёмкасць газу пры пастаянным ціску вымяраецца кслькасцю цеплыні, якая ідзе на награванне дадзенай масы газу на ГС без змянення яго ціску.
КНІГІ ОНЛАЙН
