Issiqlik sig‘imi

Issiqlik sig‘imi

Jismning issiqlik sig‘imi deb, shu jism haroratini bir darajaga ko‘tarish uchun unga berish lozim bo‘lgan issiqlik miqdoriga aytiladi. Jism bir darajaga soviganda u shuncha miqdordagi issiqlikni beradi. Issiqlik sig‘imi jism massasiga proporsional. Jism massa birligining issiqlik sig‘imi solishtirma issiqlik sig‘imi, solishtirma issiqlik sig‘imining atom yoki, molekula massasiga ko‘paytmasi mos ravishda atom yoki, molekulyar issiqlik sig‘imi deyiladi.

Turli moddalarning issiqlik sig‘imlari bir-birida katta farq qiladi. Masalan suvning 20 °C dagi issiqlik sig‘imi - 4200, qayin daraxtiniki 1700, havoniki 1010 J/(kg·K) ni tashkil qiladi. Metallarda u kichikdir: alyumiyniyniki 880, temirniki 460, misniki 385, qo‘rg‘oshinniki 130 J/(kg·K). Solishtirma issiqlik sig‘imi harorat ortishi bilan sekin o‘sadi (90 °C da suvning issiqlik sig‘imi 4220 J/(kg·K) ni tashkil qiladi) va fazaviy o‘tishlarda keskin o‘zgaradi: 0 °C dagi muzning issiqlik sig‘imi, shu haroratdagi suvnikidan 2 marta kichik; 100 °C dagi suv bug‘ining issiqlik sig‘imi 1500 J/(kg·K) ga yaqin.

 

Issiqlik sig‘imi jism haroratining o‘zgarishi qanday sharoitda yuz berayotganiga bog‘liq bo‘ladi. Agar jism o‘lchamlari o‘zgarmayotgan bo‘lsa, barcha issiqlik ichki energiyaning o‘zgarishiga sarflanadi. Bunda o‘zgarmas hajmdagi issiqlik sig‘imi C_v haqida gap boradi. o‘zgarmas tashqi bosimda issiqlik kengayishi tufayli tashqi kuchlarga qarshi ham mexanik ish bajariladi hamda u yoki bu haroratgacha qizdirish uchun ko‘proq issiqlik kerar bo‘ladi. Shuning uchun ham o‘zgarmas bosimdagi issiqlik sig‘imi C_p hammavaqt C_v dan katta bo‘ladi. Ideal gazlar uchun C_p-C_v=R, bunda R - gaz doimiysi bo‘lib, u 8,32 J/(mol·K) ga teng.

Odatda C_p o‘lchanadi. Issiqlik sig‘imini o‘lchashning mumtoz usuli quyidagicha: issiqlik sig‘imi (C_x) o‘lchanmoqchi bo‘lgan jism muayyan t_x haroratgacha qizdiriladi va uni issiqlik sig‘imi avvaldan aniq ma'lum bo‘lgan biror suyuqlik (masalan suv) bilan to‘ldirilgan t₀ boshlang‘ich haroratli kalorimetrga tushiriladi (C_k va C_c - kalorimetr suyuqliklarining issiqlik sig‘imlari). Issiqlik muvozanati o‘rnatilgach, kalorimetrdagi (t) haroratni o‘lchab, jism issiqlik sig‘imini quyidagi formuladan hisoblash mumkin:

C_x=(t-t₀)(C_cm_c+C_km_k)/m_x(t_x-t), bunda m_x, m_c va m_k - mos ravishda, jism, suyuqlik va kalorimetr massalaridir.

Gazlarning issiqlik sig‘imi nazariyasi juda rivojlangan. Odatdagi haroratlarda isitish asosan gaz molekulalarining ilgarilanma va aylanma harakat energiyalarining o‘zgarishlariga olib keladi. Bir atomli gazlarning molyar issiqlik sig‘imi C_v uchun nazariya 3R/2, ikki atomli va ko‘p atomli gazlar uchun esa, 5R/2 va 3R ni beradi. Juda past haroratlarda issiqlik sig‘imi kvant effektlar tufayli bir oz kichik bo‘ladi. Yuqori haroratlarda tebranma energiya qo‘shiladi va ko‘p atomli gazlarning issiqlik sig‘imi harorat ko‘tarilishi bilan o‘sib boradi.

mumtoz nazariyaga ko‘ra, kristallarning atom issiqlik sig‘imi 3R ga teng bo‘lib, u Dyulong va Pti empirik qonuniga (1819-yilda farang olimlari P. Dyulong va A. Pti tomonidan o‘rganilgan) mos keladi. Issiqlik sig‘imining kvant nazariyasi yuqori haroratlarda shunday xulosalarga olib kelsa-da, u harorat pasayganda issiqlik sig‘imining kamayishini ham ko‘rsatib berdi. Mutlaq nol yaqinida barcha jismlarning issiqlik sig‘imi nolga intiladi (termodinamikaning uchinchi qonuni).

XIX asrning birinchi yarimlarida issiqlik mashinalarining samaradorligini oshirish haqidagi masala qo'yilgan edi. Bu masalani hal qilish uchun energiyaning aylanish va saqlanish qonunlarini, issiqlikning mexanik ishga aylanishini bilish lozim edi. Issiqlik texnikasining ana shu talabi munosabati bilan termodinamika yuzaga keldi.

Termodinamika turli issiqlik, mexanik, elektr va hokazo jarayonlarda molekulalaming issiqlik (tartibsiz) harakati tufayli energiyaning o'zgarishi va bir turdan ikkinchi turga aylanish qonuniyatlarini o'rganadi.

Termodinamika asosida insoniyatning ko'p asrlik tajribasi natijasida tasdiklangan ikkita fundamental qonun yotadi. Birinchi qonun energiyaning aylanish protsessining miqdoriy va sifat tomonlarini tavsiflaydi. Ikkinchi qonun bu protsesslarning yo'nalishlari haqida fikr yuritishga imkon beradi. Jismning holatini harakterlaydigan kattaliklarning birortasi o'zgarsa, jism holati o'zgaradi, natijada jism bir holatdan boshqa holatga o'tadi. Bunga termodinamik jarayon deyiladi. Termodinamik jarayon ro'y berayotgan jism yoki jismlar to'plami termodinamik sistema deyiladi. Silindr porsheni ostidagi gazni termodinamik sistema deyish mumkin.

Molekulyar-kinetik nazariyasidan ma'lumki, molekulalar doimo harakatda bo'lganligi uchun ular kinetik energiyaga ega. Shu bilan birga modda molekulalari orasida o'zaro ta'sir kuchi bo'lganligi sababli molekulalar o'zaro potensial energiyaga ham ega bo'ladi. Moddani tashkil qilgan barcha molekulalar va atomlar harakatining kinetik energiyasi hamda ularning o'zaro ta'sir potensial energiyasining yig'indisi jismning ichki energiyasi deyiladi.

Har qanday jismning ichki energiyasi issiqlik holatiga bog'liq bo'lganligi uchun, jism issiqlik holatining o'zgarishi bilan ichki energiyasi o'zgaradi. Modda issiqlik holatining o'zgarishi, ya'ni uni tashkil qilgan molekulalar issiqlik harakati tezliklarining o'zgarishi natijasida modda yoki isiydi yoki soviydi. Demak, jismning issiqlik holati o'zgarganda molekulalaming faqat kinetik energiyasigina o'zgaradi, buning natijasida uning ichki energiyasi ham o'zgaradi.

Moddaning agregat holati o'zgarganda, ya'ni modda bir agregat holatdan ikkinchisiga o'tganda, qattiq holatdan suyuq holatga, suyuq holatdan gazsimon holatga, yoki aksincha o'tishlarda, molekulalarining kinetik va potensial energiyalari o'zgarib, modda ichki energiyasining o'zgarishiga sabab bo'ladi.

Jismning issiqlik holatini uning temperaturasi belgilaydi. Shunday qilib, jismning ichki energiyasi uning holatiga bog'liq bo'ladi. Shuning uchun bu energiyani sistema holatining funksiyasi deyiladi.

Sistema ichki energiyasining o'zgarishiga olib keladigan ikki turli usul mavjud. Bulardan biri - ish bajarishdir. Masalan, porshenli silindr ichiga biror gaz qamalgan bo'lsin. Porshenni yuqoriga yoki pastga harakatlantirish bilan silindr ichidagi gazning hajmi, bosimi va temperaturasini o'zgartirish mumkin. Shuningdek, harakatdagi porshen gazga ma'lum kuch bilan ta'sir etib ish bajaradi va shu rufayli gazning ichki energiyasi o'zgaradi.

Sistemaning ichki energiyasini o'zgartirishining ikkinchi usuli unga issiqlik uzatishdir. Ish bajarmasdan turib jism ichki energiyasining o'zgarish jarayoni issiqlik uzatish deyiladi. Issiqlik uzatish jismlar bir-biriga bevosita tegib to'rganda (plitka ustidagi choynakning isishi), bir-biridan ma'lum uzoqlikda bo'lganda (buyumlarning pechka yoki quyoshdan isishi) ham ro'y berib jismning ichki energiyasini o'zgartiradi.

Demak, ish bajarish yoki issiqlik uzatish yuli bilan jismning ichki energiyasini o'zgartirish mumkin ekan. Jismning ichki energiyasi ortsa, u atrofdan ma'lum miqdorda energiya olgan bo'ladi, aksincha, ichki energiyasi kamaysa, jism o'z energiyasining bir qismini atrofga bergan bo'ladi. Jismning issiqlik uzatish jarayonida bergan yoki

olgan energiyasi issiqlik miqdori deb ataladi. Issiqlik miqdori, odatda [Q] harfi bilan belgilanadi.