სტატია სითბოს განმარტება სითბოს მექანიკური ეკვივალენტი სითბოს განტოლება
1. სითბოს განმარტება
თუ ტემპერატურული სხვაობის მქონე ობიექტები ერთმანეთს შეეხება, მაღალი ტემპერატურის ობიექტებიდან დაბალი ტემპერატურის ობიექტებზე სითბოს გადაცემა მოხდება. სითბოს გადაცემა წყდება მას შემდეგ, რაც ობიექტები ერთსა და იმავე ტემპერატურას მიაღწევენ. მაგალითად, თუ ცხელ წყალს ცივ წყალს შევურიებთ, სითბო, როგორც წესი, ცხელი წყლიდან ცივ წყალში გადადის. როდესაც ცხელ რკინას ცივ წყალში ვათავსებთ, სითბო რკინიდან წყალში გადადის. სითბო შეწყვეტს ნაკადს მას შემდეგ, რაც რკინა და წყალი ერთსა და იმავე ტემპერატურას მიაღწევენ. როდესაც ექთანი თერმომეტრს თქვენს სხეულზე ამაგრებს, სითბო გადადის...
თქვენი სხეული თერმომეტრთან მიდის. სითბოს გადაცემა წყდება, როგორც კი თქვენი სხეული და თერმომეტრი ერთსა და იმავე ტემპერატურას მიაღწევენ. თუ გამოყენებული თერმომეტრი ვერცხლისწყლის თერმომეტრია, როდესაც თქვენი სხეული და თერმომეტრი ერთსა და იმავე ტემპერატურას მიაღწევენ, ვერცხლისწყლის ზედაპირი მოძრაობას წყვეტს. ვერცხლისწყლის ზედაპირზე მითითებული რიცხვი თქვენი სხეულის ტემპერატურაა ამ დროს.
ბუნებრივია, სითბო ავტომატურად გადადის მაღალი ტემპერატურის ობიექტებიდან
დაბალი ტემპერატურის ობიექტები. სითბოს გადაცემა, როგორც წესი, ერთმანეთთან შეხებისას არსებული ობიექტების ტემპერატურის გათანაბრებას იწვევს. მე-18 საუკუნეში ფიზიკოსები ვარაუდობდნენ, რომ სითბოს ნაკადი სითხის მოძრაობა იყო, სითხის ისეთი ტიპი, რომელიც უხილავი იყო (სითხე არის ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია დინება. სითხე მოიცავს თხევად და აირად მასალებს. წყალი (თხევადი) მოიცავს სითხეს, რადგან მას შეუძლია დინება. ჰაერი ასევე მოიცავს სითხეს, რადგან მას შეუძლია დინება). სითხეს კალორიულობა ეწოდება. კალორიების თეორია აღარ გამოიყენება, რადგან ექსპერიმენტის შედეგების საფუძველზე ამ კალორიების არსებობის დამტკიცება შეუძლებელია. მე-19 საუკუნეში ინგლისელმა ფიზიკოსმა, სახელად ჯეიმს პრესკოტ ჯოულმა (1818-1889), ისწავლა კონტეინერში წყლის გაცხელება სარეველა ბორბლის გამოყენებით.
ექსპერიმენტის შედეგებზე დაყრდნობით, ჯოულმა შედარება მოახდინა გაცხელებულ წყალთან ცეცხლის გამოყენებით. როდესაც ალი და წყლით შემცველი ჭურჭელი შეხებაშია, სითბო ცეცხლიდან (მაღალი ტემპერატურა) წყალში (დაბალი ტემპერატურა) გადადის. ცეცხლთან კონტაქტის შედეგად წყლის ტემპერატურის მატებასა და შემრევის მიერ შესრულებული სამუშაოს შედეგად წყლის ტემპერატურის მატებას შორის შედარების შემდეგ, ჯოულმა დაასკვნა, რომ სითბო არის ენერგია, რომელიც მაღალი ტემპერატურის მქონე ობიექტიდან დაბალი ტემპერატურის მქონე ობიექტზე გადადის. სითბო არ არის ენერგია (სითბო არ არის ენერგიის გარკვეული ტიპი, როგორიცაა კინეტიკური ენერგია, პოტენციური ენერგია, ქიმიური ენერგია და ა.შ.). სითბო არის ენერგია, რომელიც ტემპერატურული სხვაობის გამო გადადის. ამრიგად, როდესაც სითბო მაღალი ტემპერატურის მქონე ობიექტებიდან დაბალი ტემპერატურის მქონე ობიექტებზე გადადის, ენერგია მაღალი ტემპერატურის მქონე ობიექტებიდან დაბალი ტემპერატურის მქონე ობიექტებზე გადადის. ენერგიის გადაცემა წყდება მას შემდეგ, რაც ობიექტები შეხებით იმავე ტემპერატურას მიაღწევენ.
2. სითბოს ერთეული და სითბოს მექანიკური ეკვივალენტი
სითბოს ერთეულებია კალორიები (შემოკლებით cal). კალორიები არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 გრამი წყლის ტემპერატურის 1 გრადუსით ასაწევად.o (ზუსტად, 14.5-დან) oC დან 15.5 oგ). საჭირო სითბოს რაოდენობა წყლის სხვადასხვა ტემპერატურისთვის განსხვავდება. სითბოს ერთი და იგივე რაოდენობისთვის, წყლის ტემპერატურის 1°C-ით გაზრდაა საჭირო.o ხდება მხოლოდ 14.5 ტემპერატურაზე oC დან 15.5 oგ. ხშირად გამოიყენება სითბოს ერთეულები, განსაკუთრებით საკვების ენერგიის მნიშვნელობის აღსანიშნავად კილოკალორიები (კკალ). 1 კკალ = 1000 კალორია. სხვა სახელწოდებებია 1 კკალ = 1 კალორია (დიდი K ასო). ბრიტანული სისტემის გათბობის ერთეულია Btu (ბრიტანული თერმული ერთეული). 1 Btu = სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა 1 ფუნტი (0.45 კგ) წყლის ტემპერატურის 1 Fo-თი ასაწევად (ზუსტად 63-დან). oF– დან 64 – მდე oვ).
სითბო ენერგიასთანაა დაკავშირებული, ამიტომ უნდა ვიცოდეთ სითბოსა და ენერგიის ერთეულებს შორის ურთიერთკავშირი. ჯოულისა და სხვა მეცნიერების მიერ ჩატარებული ექსპერიმენტების საფუძველზე ცნობილია, რომ 4.186 ჯოულის სამუშაო სითბოს 1 კალორიას უდრის.
1 კალორია = 4.186 ჯოული
1 კკალ = 1000 კალორია = 4186 ჯოული
1 BTU = 778 ფუტი (0.24 კმ). ფუნტი = 252 კალორია = 1055 ჯოული
(1 კალორია = 4.186 ჯოული და 1 კკალ = 4186, რომელსაც სითბოს მექანიკურ ეკვივალენტს უწოდებენ)
3. სითბოს განტოლება
თუ ტემპერატურული სხვაობის მქონე ობიექტები ერთმანეთს ეხება, ბუნებრივია, სითბო მაღალი ტემპერატურის მქონე ობიექტებიდან დაბალი ტემპერატურის მქონე ობიექტებზე გადადის. სითბოს გადაცემა წყდება მას შემდეგ, რაც ორივე ობიექტი თერმულ წონასწორობაში აღმოჩნდება. სითბოს გადაცემა იწვევს ერთმანეთთან შეხებაში მყოფი ობიექტების ტემპერატურის ცვლილებებს. ამ მოკლე ახსნის საფუძველზე შეგიძლიათ დაასკვნათ, რომ სითბო (Q) დამოკიდებულია ობიექტზე და ობიექტის ტემპერატურის (ΔT) ცვლილებებზე, ობიექტის მასაზე (მ) და ობიექტის ტიპზე.
სითბოს (Q) და ტემპერატურის ცვლილებას (ΔT) შორის დამოკიდებულება
რაც უფრო მეტი სითბოა, მით უფრო დიდია ტემპერატურის ცვლილება. შეიძლება დავასკვნათ, რომ სითბოს რაოდენობა (Q) პროპორციულია ობიექტის ტემპერატურის ცვლილებისა.
Q α ΔT —– შედარება 1
სითბოს (Q) და ობიექტების მასას (m) შორის დამოკიდებულება
სითბოს რაოდენობა (Q) პროპორციულია ობიექტის ტემპერატურის ცვლილებისა. რაც უფრო მეტი წყალია, მით მეტი სითბოა საჭირო წყლის ტემპერატურის ასამაღლებლად.
Q α m —– შედარება 2
სითბოს (Q) და ობიექტის ტიპს (c) შორის დამოკიდებულება
ობიექტის ტემპერატურის ასაწევად საჭირო სითბო პროპორციულია ობიექტის ტიპისა.
Q α c —– შედარება 3
ზემოთ მოცემული სამი შედარება გაერთიანებულია განტოლებაში:
Q α mc ΔT
Q = mc ΔT
ეს არის სითბოს განტოლება.
აღწერა: Q = სითბო (ჯოული), m = ობიექტის მასა (კგ), c = სპეციფიკური სითბო (ჯ / კგ C o ან K)
