Тема 22. Зміна агрегатних станів речовини. Рівняння теплового балансу

• Зміну агрегатного стану речовини називають фазовим переходом.

• Плавлення — це перехід речовини з твердого кристалічного стану в рідкий. Зворотний процес називають кри сталізацією.

Під час плавлення за рахунок теплоти, отриманої від нагрівника, руйнується кристалічна решітка кристала, при цьому середня кінетична енергія частинок тіла не змінюється, а потенціальна енергія їхньої взаємодії зростає. Під час кристалізації решітка відновлюється, при незмінній кінетичній енергії частинок їхня потенціальна енергія зменшується, надлишок енергії виділяється у вигляді теплоти. Звідси випливає, що:

а) температура речовини під час плавлення і кристалізації не змінюється;

б) температури плавлення і кристалізації для тої самої речовини однакові;

в) кількість теплоти, необхідна для плавлення даного тіла, дорівнює кількості теплоти, що виділяється при
його кристалізації.

Якщо тіло, маса якого , нагріте до температури плавлення, то кількість теплоти , необхідну для перетворення його в рідину, обчислюють за формулою , де — питома теплота плавлення.

Питома теплота плавлення — фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості теплоти, необхідної для перетворення 1 кг кристалічної речовини, що взята за температури плавлення, у рідину. Одиницею вимірювання питомої теплоти плавлення у СІ є 1 Дані про питому теплоту плавлення різних речовин містяться у таблиці.

• Пароутворення — пе перехід речовини з рідкого у газоподібний стан. Зворотний процес називають конденсацією. Існує два види пароутворення — випаровування та кипіння (див. розділ 18).

Для того щоб пароутворення відбувалося при сталій температурі (зазвичай температурі кипіння), рідині, маса якої т, потрібно надати кількість теплоти , яку обчислюють за формулою , де — питома теплота

пароутворення. Така сама кількість теплоти виділяється при конденсації пари.

Питома теплота пароутворення — фізична величина, що чисельно дорівнює кількості теплоти, необхідної для перетворення 1 кг рідини, взятої при температурі кипіння, у пару. Одиницею вимірювання питомої теплоти пароутворення у СІ є 1 . Дані про питому теплоту пароутворення різних рідин містяться у таблиці.

• За відсутності фазового переходу тіло внаслідок теплообміну нагрівається або охолоджується. При цьому
енергія, яку отримує тіло, йде на збільшення середньої кінетичної енергії частинок. При охолодженні тіло віддає
енергію і кінетична енергія його частинок зменшується.

При нагріванні чи охолодженні тіла, маса якого , кількість теплоти обчислюють за формулою , де — початкова температура тіла, — кінцева температура, с — питома теплоємність речовини.

Питома теплоємність речовини— фізична величина, що чисельно дорівнює кількості теплоти, яку потрібно надати тілу, маса якого дорівнює 1 кг, щоб нагріти його на 1 К. Питома теплоємність залежить від роду речовини, агрегатного стану та для газів — від способу нагрівання (ізобарно чи ізохорно) і міститься у таблицях. Одиницею вимірювання питомої теплоємності в СІ є І -

Теплоємність тіла С — cm чисельно дорівнює кількості теплоти, що необхідно надати тілу, маса якого т, щоб збільшити його температуру на 1 К. Одиницею вимірювання теплоємності в СІ є Дж/К.

• Процес горіння палива супроводжується виділенням енергії. Кількість теплоти Q, що виділяється при горінні палива, обчислюють за формулою Q = qm, де q — питома теплота згорання палива, яка залежить від виду палива та вимірюється у СІ в Дж/кг. Дані про питому теплоту згорання різних видів палива містяться у таблиці.

Питома теплота згорання палива чисельно дорівнює кількості теплоти, що виділяється при згоранні 1 кг палива.

• Кількість теплоти, що виділяє нагрівник, потужність якого Р, або забирає охолоджувач, дорівнює Q = Pτ,

де т — час роботи нагрівника чи холодильника.

Узагальнювальна таблиця

• Рівняння теплового балансу (РТБ) описує закон збереження енергії під час теплообміну. — У замкнених термодинамічних системах (ТДС), тіла яких здійснюють теплообмін лише між собою, загальна кількість теплоти, що виділяється при теплообміні, дорівнює загальній кількості теплоти, що поглинається: