Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
Цеплаёмкасць жа пры пастаянным аб’ёме лікава роўна колькасці цеплыні, якая ідзе на награванне дадзенай масы газу па 1’С без змяпення аб’ёму, займаемага газам.
У кожнага газу цеплаёмкасць пры пастаянным ціску большая за цеплаёмкасць пры пастаянным аб'ёме. Так, напрыклад, для паветра ўдзельныя цеплаёмкасці ккал ккал
ср і cv маюць наступпыя значэнні.с,,=0,2376— грау’ 1690 кг.град ■
Тлумачыцца гэтая розніца ў цеплаёмкасцях газу наступным чынам. Пры награванні газу пры пастаянным аб’ёме павялічваецца толькі ўнутраная энергія газу.
114
Пры награванні ж газу п р ы пастаянным ц і с к у павялічваецца, як і ў першым выпадку, унутраная энергія газу, але апрача гэтага, газ пры расшырэнні выконвае работу.
Прасочым ход разважанпяў Майера.
Дапусцім, йіто ў сасудзе (рыс. 130), плошча асновы якога 1 л2, змешчана пры тэмпературы 0° і ціску 760 мм 1 л3 паветра. Паветра, што змяшчаецца ў сасудзе, закрыта поршнем АВ, які Майер у сваіх разважаннях лічыў бязважкім.
Маса 1 л3 паветра роўна 1,293 кг. Калі нагрэць гэтае паветра на ГС, то яно расшырыцца і падыме
поршань на 273 .«=0,00366 м (у стаіювішча AjBj).
Перамяшчаючы поршань, паветра ў сасудзе выконвае работу па пераадоленню сілы атмасфернага ціску. Паколькі атмасферны ціск рокГ
вен 1,0332 ^2, то с*ла, якая дзейнічае на поршань зверху, роўна:
1,0332 10 000 см"= 10 332 кГ.
Работа, якая выконваецца расшыраючымся павстрам па пераадоленню гэтай сілы, роўна:
10 332x60,00366 .«=37,82 кГм.
Колькасць цеплыні, якая ідзе на награванне паветра ў сасудзе пры пастаянным ціску, роўна: ккал
0,2376 кгград ' >2$$ кг'' град=0,3071 ккал.
Для награвання ж гэтай колькасці паветра пры пастаянным аб’ёме патрэбна:
Рыс. 130. Рысунак, які тлумачыць теарэтычньі раэлік Майера механічнага эквівалеііту цеплыні.
ккал 0,16905—1,293 лг1 г»о0 0,2185 ккал.
’ кгграо 1 ’
За кошт колькасці цеплыні 0,3071 ккал—0,2185 №ал=0,0886 ккал газ выкаваў работу, роўную 37,82 кГм.
3 гэтых разлікаў вынікае, што 0,0886 ккал эквівалентны 37,82 кГм. Адсюль колькасць механічнай работы, эквівалентная 1 ккал цеплыні, роўна:
37,82 кГм кГм
■~ 427—
0,0886 ккал ккал
Унутраную энергію цела, як было ўстаноўлена ў § 71, можна
змяняць двума шляхамі: шляхам выконвання работы і шляхам цеп
лаперадачы.
Колькасць механічнай работы, якая выклікае такое ж змяненне ўнутранай энергіі цела, як і надаванне яму адзінкі колькасці цеплыні, называецца механічным эквівалентам цеплыні.
Доследныя вызначэнні механічнага эквіваленту цеплыні ўпершыню былі праведзены Джоулем у герыяд з 1840 па 1849 г. Адзін з найбольш вядомых яго спосабаў вызначэння механічнага эквіваленту цеплыні заключаўся ў наступным (рыс. 131).
Ў каларыметр А (разрэз яго паказан на рыс. 131,6) налівалася вада. Падаючыя грузы W і W прыводзілі ў вярчэнне вось К з лапатачкамі L. Каларыметр меў перагародкі .V; ён быў пабудаван так для таго, каб павялічыць трэнне рухомай часткі прыбора аб ваду. У вы
115
ніку трэння лапатачак аб ваду апошняя награвалася (тэмпература ўнутры каларыметра вымяралася тэрмометрам).
Па выіпыні падзення h і масе грузаў т падлічвалася зробленая работа Amgh. Па павышэнню тэмпературы ў каларыметры падліч
Рыс. 131. Схема доследу Джоуля па вызначэнню механічнага эквіваленту цеплыні (а). Каб вада не захоплівалася рухам лапатачак, каларыметр быў цадзелен перагародкамі з выразамі ў іх для праходжання лапатачак (б).
валася колькасць цеплыні Q, выдзеленая пры трэнні рухомаіі часткі каларыметра аб ваду. На гэтую велічыню павялічвалася ўнутраная энергія вады.
Шматлікія вымярэнні паказалі, што адносіна работы А да колькасці цеплыні Q, на якую павялічвалася ўнутраная энергія вады ў выніку выканання гэтай работы, уяўляе пастаянную велічыню. Гэтая велічыня і з’яўЛяецца
механічным эквівалентам цеплыні. ца літарай J:
Механічны эквівалент абазначаец
7 = 427 ^=4,182—. ккал кал
Джоуль Джэмс Прэскот(1818—1889)— выдатны англійскі фізік, адыграў вялікую ролю ў доследным абгрунтаванні закону захавання і ператварэння энергіі.
Ён упершыню дакладна вызначыў на доследзе механічны эквівалент цеплыні. Адначасова з рускім фізікам Э. X. Л е нц а м адкрыў закон, які вызначае колькасць цеплыні, што выдзяляецца электрычным токам пры праходжанні па правадніку. Сумесна з В. Т о м с а н а м адкрыў з'яву паніжэння тэмпературы газу пры яго расшырэнні.
Імем Джоуля названа адзінка работы джоуль.
Джоуль замяняў ваду ртуццю і атрымліваў той жа рэзультат. Нарэшце, замест работы трэнпя лапатачак аб ваду Джоуль утвараў у
116
каларыметры работу трэння двух кавалкаў металу; вымярэнні далі тую ж велічыню механічнага эквіваленту цеплыні.
Ведаючы механічны эквівалент цеплыні, лёгка выразіць адзінку вымярэння колькасці цеплыні праз адзінкі работы:
1 кал=4,182 дж, або 1 ккал = ^ квтгадз.
77. Закон захавання і ператварэння энергіі. Разгледзім больш падрабязна апісаны вышэй дослед Джоуля. У гэтым доследзе патэнцыяльная энергія падаючых грузаў ператваралася ў кінетычную энергію лапатак, якія верцяцца, дзякуючы рабоце супраць сіл трэння кінетычная энергія лапатак ператваралася ва ўнутраную энергію вады. Мы сустракаемся тут з выпадкам ператварэння аднаго віду энергіі ў другі. Патэнцыяльная энергія падаючых грузаў ператвараецца ва ўнутраную энергію вады, колькасць цеплыні Q з’яўляецца мерай ператворанай энергіі. Такім чынам, колькасць патэнцыяльнай энергіі захоўваецца пры яе ператварэннях у іншыя віды энергіі.
Натуральна паставіць пытанне: ці захоўваюцца пры ператварэннях колькасці іншых відаў энергіі, напрыклад кінетычнай, электрычнай і г. д.? Дапусцім, што ляціць куля масай т са скорасцю v. Яе кінетычная энерпя роўна ^ Куля трапіла ў якінеоудзь прадмет з масай М і засела ў ім. Кінетычная энергія кулі ператвараецца пры гэтым ва ўнутраную энергію кулі і прадмета, вымяраемую колькасцю цеплыні Q, якая вылічваецца па вядомай формуле (§ 73) Калі кінетычная энергія пры ператварэнні ва ўнутраную энергію пе страчваецца, то павінна мець месца роўнасць:
^=jq
Дослед пацвярджае гэты вывад. Захоўваецца і колькасць кінетычнай энергіі.
Пры праходжанні электрычнага току праваднік награваецца: электрычная энергія ператвараецца ва ўнутраную энергію правадніка. Дослед паказвае, што пры рабоце электрычнага току ў 1 квтгадз атрымліваецца заўсёды колькасць цеплыні, роўная 860 ккал. Такім чынам, захоўваецца і колькасць электрычнай энергіі. Тэты вывад адносіцца да ўсіх відаў энергіі.
Тысячагадовая практыка паказала, што ні адзін з відаў энергіі ніколі не ўзнікае з нічога. Гэтае палажэнне пацвярджаецца фактам немагчымасці ажыццяўлення вечнага рухавіка (гл. ч. 1,§78). Вялікі доследны матэрыял паказаў таксама, што энергія і не знікае пры ўсіх сваіх ператварэннях. Усе з’явы прыроды адбываюцца ў адпаведпасці з законам захавання і ператварэння энергіі, які фармулюецца так:
Ва ўсіх працэсах, якія адбываюцца ў прыродзе, энергія не ўзнікае і не знікае, яна толькі ператвараецца з аднаго віду ў другі ў эквівалентных колькасцях.
Усе формы энергіі: кінетычная, патэнцыяльная, электрамагнітная, хімічная, упутрыатамная і інш.— здольны ператварацца адна ў другую.
117
Іменна магчымасць узаемнага ператварэшія ўсіх форм энергіі абумоўлівае багацце і разнастайнасць з’яў прыроды.
Для ілюстрацыі гэтага вялікага закону прыроды разгледзім некалькі прыкладаў.
Сонечныя праменні нясуць пэўны запас эпергіі. Падаючы на паверхню Зямлі, праменні награваюць яе. Энергія сонечных праменняў пры гэтым ператвараецца ва ўнутраную энергію глебы і цел, якія знаходзяцца на паверхні Зямлі. Апошняя перадаецца паветру, якое акружае Зямлю; паветраныя масы прыходзяць у рух, паяўляецца вецер—адбываецца ператварэнне ў механічную (кінетычную) энергію. Частка энергіі сонечных праменняў паглынаецца на паверхні Зямлі лісцямі раслін; пры гэтым у раслінах адбываюцца складаныя хімічныя рэакцыі, у выніку якіх утвараюцца арганічныя злучэнні—адбываецца ператварэнне ў хімічную энергію.
У § 57 і 58 гаварылася аб выкарыстанні энергіі рухаючайся вады; апошняя ўзнікае таксама ў выніку ператварэння энергіі сонечпага спрамянення.
Нарэшце, у цяперашні час навука авалодвае магчымасцямі ператварэння ўнутрыатамнай энергіі ў іншыя патрэбныя для практыкі віды энергіі.
Закон захавання і ператварэння энергіі шырока выкарыстоўваецца пры даследаванні з’яў прыроды. Гэтызакон уяўляе сабой навуковую аснову для разнастайных разлікаў ва ўсіх галінах тэхпікі.
Практыкаванне 19.
1 Стальны шарык вагою 50 Г падае з вышыні 1,5 м на каменную пліту і, адскокваючы ад яе, падымаецца на вышыню 1,2 м. Чаму шарык не падняўся на ранейшую вышыню? Якая колькасць механічнай эііергіі ператварылася ва ўнутраную энергію шарыка і пліты?
2. У шкляны сасуд накачалі паветра да ціску ў 1,5 аіпм. Калі адкрылі кран, унутры сасуда паявіўся туман, які паказвае, што паветра ахаладзілася. Чаму паветра ахаладзілася?
3. Якой колькасці работы эквівалентна колькасць цеп.іыні, якая атрымліваецца лры згаранні 1 кг вугалю? Цеплатворная здольнасць вугалю роўна 7000 ———.
4. Якой колькасці цеплыні адпавядае работа каня, які перасоўвае на адлегласці 40 м ваганетку, прыкладаючы намагавнс ў 50 кГ?
5. Якая колькасць цеплыні выдзяляецца пры падзенні няпругкага цсла масай у 50 кг з вышыні 4 м?
6. Колькі патрэбна вугалю па к. с. у гадзіну, калі каэфіцыент карыснага дзеяння машыны 20%?
7. Колькі патрэбна нафты на рэйс парахода, які працягваецца 6 сутак, ка.іі машына парахода развівас сярэднюю карысную магутнасць у 4000 к. с. і каэфіцыенг карыснага дзеяння 20%? Цеплатворная здольнасць гаручага 11000———.
8. Колькі цеплыні выдзяляецца пры ўдары молата вагою ў 4,9 кГ дб прадмст, які ляжыць па кавадле, калі скорасць молата } момант удару 6 —?
9 Колькі патрэбна вугалю для паравоза магутнасцю ў 1500 к. с.. які ідзе са км
скорасцю 40 ^^ . на праезд 200 л\я? Каэфіцыент карыснага дзеяпня паравоза 10%.
РАЗДЗЕЛ VII.
ЦЕПЛАВОЕ РАСШЫРЭННЕ ЦВЁРДЫХ I ВАДКІХ ЦЕЛ.
78. Залежнасць аб’ёму цел ад тэмпературы. Частачкі цвёрдага цела займаюць адна адносна другой пэўныя становішчы, але не застаюцца ў спакоі, а ўтвараюць ваганні. Пры награвапмі цела павялічваецца сярэдняя скорасць руху частачак. Сярэднія адлегласці паміж частачкамі пры гэтым павялічваюцца, таму павялічваюцца лінейныя размеры цела, а значыць, павялічваецца і аб’ём цела.
КНІГІ ОНЛАЙН
