В началото на 19-ти век хората се интересуваха от подобряване на ефективността на парните машини и оръдия. Очевиден факт беше, че след няколко изстрела оръдията се прегряха до такава степен, че станаха безполезни. Това доведе до наблюдението, че трябва да има връзка между механичните и химичните сили, участващи в изстрела, и "калоричността", както се нарича топлината по това време.

Джоул е този, който установява точната връзка между механичната енергия и топлината.

процес константа

Топлината е пренос на енергия поради температурни разлики. В този контекст калорията се въвежда:

Калорията е топлината, която трябва да се пренесе в грам вода, за да се промени температурата й от 14,5 на 15,5 градуса по Целзий.

Също така има: 1Cal = 1000 кал.

Джоул с помощта на колело с гребло, свързано към набор от ролки с крайни тежести, успя да покаже точна връзка между механичната енергия на тежестите върху ролките и повишаването на температурата на водата в контейнера, поради въртенето на греблата ... Е всичко:

1 кал = 4,186 J

Топлинният капацитет на пробата се определя като количеството енергия, необходимо за повишаване на температурата на тази проба с

Следователно, ако количество топлина Q предизвиква промяна в температурата на веществото, имаме:

Специфичната топлина е топлинният капацитет на единица маса

ЗАБЕЛЕЖКА: По принцип c (T), следователно:

КОНВЕНЦИЯ: Q е положително, ако топлината тече в системата. Q е отрицателно, ако системата се откаже от топлината.

Специфичната топлина зависи от външните условия. За газовете специфичната топлина при постоянно налягане () се различава от специфичната топлина при постоянен обем (). За течностите и твърдите вещества няма голяма разлика между двете.


Техника за измерване на специфичната топлина на вещество X се състои в нагряване на проба до известна температура, поставяне в контейнер с вода с известна маса и по-ниска температура, измерване на температурата на системата след достигане на равновесие.

Тъй като извършената работа е незначителна, запазването на енергията предполага:

Забележете, че конвенцията за знака предполага знак - от дясната страна на това уравнение (Водата абсорбира топлината).

Нека масата на веществото X да бъде.

Когато има пренос на топлина без промяна на температурата (както при фазов преход), говорим за латентна топлина L.

Количеството топлина Q, необходимо за промяна на фазата на маса m от чисто вещество, е:

Латентна топлина на синтез: промяна на фазата от твърдо в течно.

Латентна топлина на изпаряване: промяна на фазата от течност в газ.


Нека разгледаме газ, съдържащ се в цилиндричен съд с площ на напречното сечение А, с бутало. Тъй като газът се разширява, той работи върху буталото, дадено от

Ако газът се разширява от обем до обем квазистатично: тоест толкова бавно, че всяко междинно състояние може да се счита за състояние на равновесие, ти имаш:

Това представлява площта под кривата P (V) на диаграма P-V.

КОНВЕНЦИЯ: 0 $ ">: Работа, извършена от системата;

извършена работа по системата.

Работата зависи от междинните състояния за получаване от f $ ">, а не само от i и f.

Ако количеството Q-W се измерва за различни траектории, свързващи равновесните състояния i и f, се намира единичен резултат. Следователно това количество се определя изцяло от i и f. Ако U представлява вътрешната енергия, имаме:

Това е Първият закон на термодинамиката. Той изразява запазването на енергията, включително процеси, които включват пренос на топлина.

Ако това е безкрайно малка промяна на състоянието, трябва да:

Имайте предвид, че само dU е истински безкрайно малък, тъй като dQ и dW зависят от пътя.

Изобарен процес: P = константа.

Изоволумичен процес: V = константа.

Изотермичен процес: T = константа.

Изотермично разширение на идеален газ

Работата, която се разширява от до, е:

Топлопроводимост

Ако двата края на материал с площ на напречното сечение A, разделени с разстояние dx, са с различни температури, за момент ще има топлинен поток, от най-горещата до най-студената страна, даден от:

Скоростта на енергиен трансфер P се измерва във ватове. k е топлопроводимостта на материала и е температурният градиент.

Пример: За еднородна шина с дължина L, изолирана в мантията, имаме:

Пример: За плоча, съставена от няколко дебели материала, имаме: