Глава 13. § 82. Фазовые переходы. Уравнение теплового баланса — с. 272
§ 82. Вопрос 1. Что называют количеством теплоты?
Количеством теплоты называют количественную меру изменения внутренней энергии тела при теплообмене, то есть при передаче энергии от одного тела к другому без совершения работы. Обозначается Q, измеряется в джоулях (Дж). Количество теплоты не является запасом энергии в теле: это энергия, переданная в процессе теплообмена. При получении энергии телом Q > 0, при отдаче Q < 0.
§ 82. Вопрос 2. От чего зависит удельная теплоёмкость вещества?
Удельная теплоёмкость c — это количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1 кг вещества на 1 К: c = Q/(mΔT), единица Дж/(кг·К). Она зависит от рода вещества и его агрегатного состояния (у воды 4200, у льда около 2100 Дж/(кг·К)). У газов она, кроме того, зависит от условий нагревания: при постоянном давлении теплоёмкость больше, чем при постоянном объёме, так как часть теплоты идёт на работу расширения. У жидких и твёрдых тел из-за малого теплового расширения c мало зависит от условий нагревания.
§ 82. Вопрос 3. Что называют удельной теплотой парообразования?
Удельная теплота парообразования r — величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить жидкости массой 1 кг, чтобы превратить её в пар при постоянной температуре (при кипении). Единица Дж/кг. Для воды при 100 °C r = 2,256·10⁶ Дж/кг. Для превращения жидкости массой m в пар нужно Qп = rm; при конденсации пара выделяется такое же количество теплоты Qк = −rm. Подводимая энергия идёт на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул, кинетическая энергия не меняется.
§ 82. Вопрос 4. Что называют удельной теплотой плавления?
Удельная теплота плавления λ — величина, численно равная количеству теплоты, необходимому для превращения кристаллического вещества массой 1 кг, взятого при температуре плавления, в жидкость. Единица Дж/кг. Для льда λ = 3,34·10⁵ Дж/кг. Для плавления тела массой m нужно Qпл = λm, при кристаллизации выделяется Qкр = −λm. Температура при плавлении не меняется: подводимая энергия увеличивает потенциальную энергию взаимодействия молекул.
§ 82. Вопрос 5. В каких случаях количество теплоты — положительная величина, а в каких случаях отрицательная?
Количество теплоты положительно, когда тело получает энергию при теплообмене: при нагревании (t₂ > t₁ в Q = cm(t₂ − t₁)), плавлении (Q = λm) и парообразовании (Q = rm). Оно отрицательно, когда тело отдаёт энергию: при остывании (t₂ < t₁), кристаллизации (Q = −λm) и конденсации (Q = −rm). Знак показывает направление передачи энергии: полученная теплота считается положительной, отданная — отрицательной.
§ 82. Вопрос 6. Как следует записать уравнение теплового баланса для изолированной системы из трёх тел, переходящей в равновесное состояние?
В изолированной системе количество теплоты, отданное одними телами, равно количеству теплоты, полученному другими, поэтому алгебраическая сумма равна нулю: Q₁ + Q₂ + Q₃ = 0, где Q₁, Q₂, Q₃ — количества теплоты, полученные (со знаком плюс) или отданные (со знаком минус) каждым из трёх тел. Каждое слагаемое записывают по формулам Q = cm(t − t₀), Q = ±λm, Q = ±rm в зависимости от процессов, идущих в теле.