Курс фізікі, ч. II
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
