1. Սև սկզբունքի սահմանումը
Եթե բաց տարայի մեջ (օրինակ՝ դույլ) խառնենք տաք և սառը ջուր, ջերմությունը տաք ջրից կփոխանցվի սառը ջրին։ Քանի որ տարան բաց է, ջերմության մի մասը կտեղափոխվի օդ։ Տարան նույնպես տաքանում է։ Տաք ջրից անջատված ջերմությունը կլանվում է ոչ միայն սառը ջրով, այլև մթնոլորտով և տարաներով։ Այս դեպքում դույլը ոչ մեկուսացված համակարգ է։ Երբ փակ թերմոսի մեջ խառնում ենք տաք և սառը ջուր, ջերմությունը տաք ջրից կփոխանցվի սառը ջրին։ Թերմոսները մեկուսացված համակարգեր են, ուստի ջերմությունը չի տեղափոխվում օդ կամ թերմոս։ Սառը ջուրը կլանում է միայն տաք ջրից անջատված ջերմությունը, մինչև տաք և սառը ջրի խառնուրդը հասնի ջերմային հավասարակշռության։
Սևի սկզբունքը նշում է, որ մեկուսացված փակ համակարգում բարձր ջերմաստիճանի մարմնի կողմից անջատված ջերմությունը հավասար է ցածր ջերմաստիճանի մարմնի կողմից կլանված ջերմությանը։
2. Սև սկզբունքի բանաձև
Q արտազատում = Q կլանում
Q արտանետում = բարձր ջերմաստիճանի մարմինների կողմից անջատված ջերմություն, Q կլանում = ցածր ջերմաստիճանի մարմինների կողմից կլանված ջերմություն։
3. Հարցերի և քննարկումների օրինակներ
Խնդիր 1-ի օրինակ։
1 կգ զանգվածով և 100 ° C ջերմաստիճանով տաքացրած երկաթը տեղադրվում է 2 կգ ջուր պարունակող և 20 ° C ջերմաստիճան ունեցող տարայի մեջ։ Որքա՞ն է վերջնական խառնուրդի ջերմաստիճանը։ Երկաթի տեսակարար ջերմությունը = 450 Ջ/կգ C2O , ջրի տեսակարար ջերմությունը = 4200 Ջ/կգ C2O ։
Հայտնի է.
Երկաթի զանգվածը (մ) = 1 կգ
Երկաթի ջերմաստիճանը (T) = 100 o C
Ջրի զանգվածը (մ) = 2 կգ
Ջրի ջերմաստիճանը (T) = 20 o C
Երկաթի տեսակարար ջերմունակությունը (c) = 450 Ջ/կգ C o
Ջրի տեսակարար ջերմունակությունը (c) = 4200 Ջ/կգ C₂o
Փնտրվում է : T?
Լուծում.
Երկաթն ավելի բարձր ջերմաստիճան ունի, քան ջուրը, ուստի երկաթը ջերմություն է արձակում, ջուրը կլանում է։
Q արտազատում = Q կլանում
մկ ΔT = մկ ΔT
(1)(450)(100-T) = (2)(4200)(T-20)
(450)(100-T) = (8400)(T-20)
45000 – 450T = 8400 T – 168000
45000 + 168000 = 8400 Տ + 450 Տ
213000 = 8850 Տ
T = 213000: 8850
Ջերմաստիճանը = 24 ° C
Ջերմային հավասարակշռության մեջ տաք երկաթի և սառը ջրի խառնուրդի վերջնական ջերմաստիճանը 24 ° C է։
Խնդիր 2-ի օրինակ։
0.2 կգ զանգվածով սառույց խառնված է 0.2 կգ զանգվածով տաք թեյի հետ։ Սառույցի ջերմաստիճանը = -10 ° C, տաք թեյի ջերմաստիճանը = 40 ° C։ Սառույցի տեսակարար ջերմությունը = 2100 Ջ/կգ C2O , ջրի տեսակարար ջերմությունը = 4200 Ջ/կգ C2O , ջրի հալման ջերմությունը = 334000 Ջ/կգ։ Սառույցը և թեյը խառնվում են մեկուսացված, փակ համակարգում։
Հայտնի է.
Սառույցի զանգվածը (մ) = 0.2 կգ
Թեյի զանգվածը (մ) = 0.2 կգ
Ջրի տեսակարար ջերմությունը (c) = 4180 Ջ/կգ C o
Սառույցի տեսակարար ջերմությունը (c) = 2100 Ջ/կգ C o
Ջրի միաձուլման ջերմությունը (L₂F ) = 334 x 10⁻⁻¹ Ջ /կգ
Սառույցի ջերմաստիճանը (T սառույց ) = -10 ° C
Թեյի ջերմաստիճանը (T թեյ ) = 40 ° C
Փնտրվում է T խառնուրդ
Լուծում.
Առաջին քայլը՝ գնահատեք վերջնական վիճակը
Ջրի կողմից անջատվող ջերմությունը՝ 0.2 կգ տաք թեյի ջերմաստիճանը 40°C-ից 0°C իջեցնելու համար։
Q արտազատում = mc ΔT
Q արտազատում = (0.2 կգ) (4180 Ջ/կգ C₂o ) (40 ° C – 0 ° C)
Q արտազատում = (0.2 կգ) (4180 Ջ/կգ C₂o₃ ) (40 ° C)
Q արտանետում = 33,440 Ջոուլ
Q արտազատում = 33.44 կՋ
0.2 կգ սառույցը կլանում է ջերմություն՝ ջերմաստիճանը -10 ° C-ից բարձրացնելով մինչև 0 ° C։
Q կլանված = mc ΔT
Q կլանված = (0.2 կգ) (2100 Ջ/կգ C₂o ) (0 ° C – (-10 ° C))
Q կլանված = (0.2 կգ) (2100 Ջ/կգ C₂o₃ ) (10 ° C)
Q կլանված = 4,200 Ջոուլ
Q կլանված = 4.2 կՋ
0.2 կգ սառույց հալեցնելու համար կլանված ջերմությունը (ջերմություն, որն անհրաժեշտ է ամբողջ սառույցը ջրի վերածելու համար)
Q միաձուլում = մ Լ Ֆ
Q միաձուլում = (0.2 կգ) (334 x 10 3 Ջ/կգ)
Q միաձուլում = 66.8 x 10 3 Ջոուլ
Q միաձուլում = 66.8 կՋ
Վերոնշյալ հաշվարկների հիման վրա արդյունքները՝
Q արտազատում = 33.44 կՋ
Q կլանումը = 4.2 կՋ
Q միաձուլում = 66.8 կՋ
Երբ թեյը անջատում է մինչև 33.44 կՋ ջերմություն, թեյի ջերմաստիճանը փոխվում է 40 ° C-ից մինչև 0 ° C: Ազատված ջերմության մի մասը (մոտ 4.2 կՋ) օգտագործվում է սառույցի ջերմաստիճանը -10 ° C-ից մինչև 0 ° C բարձրացնելու համար: 33.44 կՋ – 4.2 կՋ = 29.24 կՋ: Մնացած ջերմությունը = 29.24 կՋ: Ամբողջ սառույցը ջրի վերածելու համար անհրաժեշտ է 66.8 կՋ ջերմություն: Մնացած ջերմությունը կազմում է ընդամենը 29.24 կՋ:
Ամփոփելով՝ տաք թեյի անջատված ջերմությունն օգտագործվում է միայն սառույցի ջերմաստիճանը -10 ° C-ից մինչև 0 ° C բարձրացնելու և որոշ սառույց հալեցնելու համար։ Սառույցի որոշ մասը հալվել է ջրի մեջ, որոշները՝ ոչ։ Պինդ նյութը հեղուկի վերածելու գործընթացում ջերմաստիճանը չի փոխվում։ Հետևաբար, վերջնական խառնուրդի ջերմաստիճանը = 0 ° C է։
Խնդիր 3- ի օրինակ ։
տաք թեյի զանգվածը (մ) = 0.4 կգ,
սառույցի զանգվածը (մ) = 0.2 կգ,
սառույցի ջերմաստիճանը = -10 ° C
տաք թեյի ջերմաստիճանը = 90 ° C ։
Եթե երկուսն էլ խառնվեն, որքա՞ն կլինի վերջնական խառնուրդի ջերմաստիճանը։
Ջրի տեսակարար ջերմությունը (c) = 4180 Ջ/կգ C₂o ,
Սառույցի տեսակարար ջերմությունը (c) = 2100 Ջ/կգ C₂o ,
Ջրի միաձուլման ջերմությունը (L/ F ) = 334 x 103 Ջ/կգ
Լուծում.
Առաջին քայլը՝ գնահատեք վերջնական վիճակը
Ջերմությունը, որը պետք է անջատվի ջրի կողմից՝ 0.4 կգ տաք թեյի ջերմաստիճանը 90 ° C-ից 0 ° C իջեցնելու համար։
Q արտազատում = mc ΔT
Q արտազատում = (0.4 կգ) (4180 Ջ/կգ C₂o ) (90 ° C – 0 ° C)
Q արտազատում = (0.4 կգ) (4180 Ջ/կգ C₂o₃ ) (90 ° C)
Q արտանետում = 150,480 Ջոուլ
Q արտազատում = 150.48 կՋ
0.2 կգ սառույցի կողմից կլանված ջերմությունը նրա ջերմաստիճանը -10 ° C-ից բարձրացնում է մինչև 0 ° C
Q կլանված = mc ΔT
Q կլանված = (0.2 կգ) (2100 Ջ/կգ C₂o ) (0 ° C – (-10 ° C))
Q կլանված = (0.2 կգ) (2100 Ջ/կգ C₂o₃ ) (10 ° C)
Q կլանված = 4,200 Ջոուլ
Q կլանված = 4.2 կՋ
0.2 կգ սառույց հալեցնելու համար անհրաժեշտ ջերմությունը (ջերմություն, որն անհրաժեշտ է ամբողջ սառույցը ջրի վերածելու համար)
Q միաձուլում = մ Լ Ֆ
Q միաձուլում = (0.2 կգ) (334 x 10 3 Ջ/կգ)
Q միաձուլում = 66.8 x 10 3 Ջոուլ
Q միաձուլում = 66.8 կՋ
Վերոնշյալ հաշվարկների հիման վրա՝ արդյունքները՝
Q արտազատում = 150.48 կՋ
Q կլանված = 4.2 կՋ
Q միաձուլում = 66.8 կՋ
Երբ տաք թեյը անջատեց 150.48 կՋ ջերմություն, տաք թեյի ջերմաստիճանը 90 ° C-ից փոխվեց մինչև 0 ° C: Ազատված ջերմության մի մասը (մոտ 4.2 կՋ) օգտագործվեց սառույցի ջերմաստիճանը -10 ° C-ից մինչև 0 ° C բարձրացնելու համար:
150.48 կՋ – 4.2 կՋ = 146.28 կՋ։ Մնացած ջերմությունը = 146.28 կՋ։
Սառույցը ամբողջությամբ ջրի վերածելու համար անհրաժեշտ ջերմությունը ընդամենը 66.8 կՋ է։ 146.28 կՋ – 66.8 կՋ = 79.48 կՋ։ Պարզվեց, որ ավելցուկը կազմում է 79.48 կՋ։ Տաք թեյը ամբողջ ջերմությունը չի անջատում, մինչև ջերմաստիճանը չի իջնում մինչև 0 ° C։ Եզրակացություն. վերջնական խառնուրդի ջերմաստիճանը պետք է լինի 0 ° C- ից մեծ։
Երկրորդ քայլ. Որոշեք վերջնական ջերմաստիճանը (T)
Սառույցի ջերմաստիճանը -10 ° C-ից մինչև 0 ° C բարձրացնելու համար անհրաժեշտ ջերմությունը = 4200 Ջոուլ
Ջերմությունը պետք է հալեցներ բոլոր սառույցները՝ դրանք դարձնելով ջուր, այսինքն՝ թաքնված ջերմություն = 66,800 Ջոուլ
Ջերմությունը պետք է բարձրացներ ջրի (ամբողջ սառույցի միաձուլումից առաջացած ջուրը) ջերմաստիճանը 0 ° C-ից մինչև T = (սառույցի զանգված) (ջրի ջերմություն) (T – 0 ° C) = (0.2 կգ) (4180 Ջ/կգ C₂o ) (T) = (836 Տ) J/ C₂o
Ջերմ թեյի կողմից անջատված ջերմությունը ջերմաստիճանը 90 ° C-ից մինչև T իջեցնելու համար = (տաք ջրի զանգված) (ջրի ջերմության տեսակ) (90 ° C – T) = (0.4 կգ) (4180 Ջ/կգ C₂o ) (90 ° C – T) = 1672 Ջ/C₂o ( 90 ° C – T) = 150,480 Ջ – (1672 T) J/ C₂o
4200 Ջ + 66,800 Ջ + (836 Տ) Ջ/Կ o = 150,480 Ջ – (1672 Տ) Ջ/Կ o
71,000 Ջ + (836 Տ) Ջ/Կ o = 150,480 Ջ – (1672 Տ) Ջ/Կ o
(836 T) J/C o + (1672 T) J/C o = 150,480 J – 71,000 J
(2508 T) J/C o = 79,480 J
Ջերմաստիճանը = 31.7 ° C
Վերջնական ջերմաստիճանը = 31.7 o C
