If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

თუ ვებფილტრს იყენებთ, დარწმუნდით, რომ *.kastatic.org და *.kasandbox.org დომენები არ არის დაბლოკილი.

ძირითადი მასალა

ქიმია

კურსი: ქიმია > თემა 11

გაკვეთილი 1: შინაგანი ენერგია
მეცნიერება
ქიმია
თერმოდინამიკა
შინაგანი ენერგია
© 2023 Khan Academyგამოყენების პირობებიკონფიდენციალურობის პოლიტიკაშენიშვნა ქუქი-ჩანაწერებზე

სითბო და ტემპერატურა

Google–ის საკლასო ოთახი
რას ნიშნავს სითბო თერმოდინამიკაში და როგორ გამოვთვალოთ სითბოს რაოდენობა სითბოტევადობის მეშვეობით.

საკვანძო საკითხები

  • სითბო, start text, q, end text, არის თერმული ენერგია, რომელიც კონტაქტში მყოფი უფრო ცხელი სისტემიდან უფრო ცივ სისტემას გადაეცემა.
  • სისტემაში არსებული ატომების საშუალო კინეტიკური ენერგიის საზომია ტემპერატურა.
  • თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონის მიხედვით, თერმულ წონასწორობაში, ორ ობიექტს შორის სითბოს მიმოცვლა არ ხდება; აქედან გამომდინარე, ისინი ერთსა და იმავე ტემპერატურაზე არიან.
  • გამოყოფილი ან შთანთქმული სითბოს გამოთვლა შეგვიძლია სითბოტევადობის start text, C, end text-ს, სუბსტანციის მასის start text, m, end text-ის, და ტემპერატურის ცვლილების delta, start text, T, end text-ს გამოყენებით:
start text, q, end text, equals, start text, m, end text, times, start text, C, end text, times, delta, start text, T, end text

სითბო თერმოდინამიკაში

რას უფრო მეტი სითბო აქვს, ერთ ფინჯან ყავას თუ ერთ ჭიქა ყინულიან ჩაის? ქიმიაში ამ კითხვის დასმა ცოტა არ იყოს ეშმაკური იქნებოდა. თერმოდინამიკაში სითბოს ძალიან სპეციფიკური მნიშვნელობა აქვს და იგი განსხვავდება ამ სიტყვის იმ მნიშვნელობისგან, რომელსაც ჩვენ ყოველდღიურ ცხოვრებაში ვხმარობთ. მეცნიერების განმარტებით, სითბო არის თერმული ენერგიის გადაცემა ორ, კონტაქტში მყოფ სისტემას შორის, რომელთა ტემპერატურებიც განსხვავებულია. სითბოს აღნიშავენ q ან Q სიმბოლოთი. სითბოს საზომი ერთეულია ჯოული (start text, ჯ, end text).
წყალში არსებული სამი ყინულის კუბის დნობა სარკისებრ ზედაპირზე.
გარემოში არსებული სითბო გადაეცემა ყინულს და იწვევს ფაზათა ცვლილებას ყინულიდან წყლამდე. ყინულის კუბიკების ფოტო. წყარო: flickr, CC BY 2,0.
სითბოს ხანდახან ეწოდება პროცესის რაოდენობა, რადგანაც მას განვმარტავთ რაიმე პროცესისთვის, რომლის დროსაც ენერგიის გადაცემა ხდება. ჩვენ არ ვსაუბრობთ სითბოს შემცველ ყავის ჭიქაზე, მაგრამ შეგვიძლია, ვისაუბროთ, თუ როგორ გადაეცემა სითბო ჭიქიდან თქვენს ხელს. სითბო, ასევე, ექსტენსიური თვისებაა, ანუ ტემპერატურის ცვლილება გამოიწვევს თუ არა სითბოს გადაცემას სისტემაზე, დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენი მოლეკულაა სისტემაში.

დამოკიდებულება სითბოსა და ტემპერატურას შორის

სითბო და ტემპერატურა ორი განსხვავებული, მაგრამ მჭიდროდ დაკავშირებული რამაა. მიაქციეთ ყურადღება, რომ მათ განსხვავებული ერთეულებით გამოვსახავთ: ტემპერატურის ერთეულია გრადუსი, ჩვეულებრივ, ცელსიუსი (Celsius; degrees, start text, C, end text) ან კელვინი (Kelvin; start text, K, end text), ხოლო სითბოს ერთეულია ენერგია, ჯოული (start text, J, end text). ტემპერატურა არის სისტემაში არსებული მოლეკულების ან ატომების საშუალო კინეტიკური ენერგიის საზომი. ყავის ჭიქაში არსებულ წყლის მოლეკულებს აქვთ უფრო მაღალი საშუალო კინეტიკური ენერგია, ვიდრე ყინულიან ჩაიში არსებულ წყლის მოლეკულებს, რაც ნიშნავს, რომ ისინი უფრო მეტი სიჩქარით მოძრაობენ. ტემპერატურა არის ინტენსიური მახასიათებელი, რაც ნიშნავს, რომ ტემპერატურის ცვლილება არაა რაიმე სუბსტანციის რაოდენობაზე დამოკიდებული (თუ მთლიანი რაოდენობა ერთსა და იმავე ტემპერატურაზეა). სწორედ ამიტომ, ქიმიკოსები ხშირად იყენებენ დნობის წერტილს, რათა გაიგონ, სუფთაა თუ არა სუბსტანციაminusდნობის წერტილის ტემპერატურა არის მახასიათებელი, რომელიც ნიმუშის მასაზე დამოკიდებული არაა.
ატომურ დონეზე, თითოეულ ობიექტში არსებული მოლეკულები ყოველთვის მოძრაობენ და ეჯახებიან ერთმანეთს. მოლეკულების ყოველი შეჯახებისას შეიძლება მოხდეს კინეტიკური ენერგიის მიმოცვლა. როდესაც ორი სისტემაა კონტაქტში, სითბოს გადაცემა მოხდება მოლეკულური შეჯახებების საშუალებით უფრო ცხელი სისტემიდან უფრო ცივ სისტემაზე. თერმული ენერგია მანამდე გააგრძელებს ამ მიმართულებით დინებას, სანამ ორივე ობიექტი ერთსა და იმავე ტემპერატურაზე არ იქნება. როდესაც ორი სისტემა კონტაქტშია ერთსა და იმავე ტემპერატურაზე, ვამბობთ, რომ ისინი თერმულ წონასწორობაში იმყოფებიან.

თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი: თერმული წონასწორობის განმარტება

თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი თერმულ წონასწორობას იზოლირებულ სისტემაში განსაზღვრავს. ნულოვანი კანონის მიხედვით, როდესაც თერმულ წონასწორობაში არსებული ორი ობიექტია კონტაქტში, ობიექტებს შორის სითბოს მიმოცვლა არ ხდება; აქედან გამომდინარე, ისინი ერთსა და იმავე ტემპერატურაზე არიან. შეგვიძლია, ნულოვანი კანონი სხვანაირად ჩამოვაყალიბოთ, თუ ვიტყვით, რომ თუ ორი ობიექტი ცალ-ცალკეა თერმულ წონასწორობაში მესამე ობიექტთან, მაშინ ისინი ერთმანეთთან არიან თერმულ წონასწორობაში.
ნულოვანი კანონი საშუალებას გვაძლევს, გავზომოთ ობიექტების ტემპერატურა. ყოველ ჯერზე, როცა ვიყენებთ თერმომეტრს, ვიყენებთ თერმოდინამიკის ნულოვან კანონის. მოდით, ვთქვათ, რომ ვზომავთ წყლის აბაზანის ტემპერატურას. იმისთვის, რომ დავრწმუნდეთ, რომ მონაცემები ზუსტია, ველოდებით, რომ ტემპერატურა მუდმივი იყოს ერთ ნიშნულზე. ჩვენ ველოდებით, როდის მიაღწევენ თერმომეტრი და წყალი თერმულ წონასწორობას! თერმული წონასწორობის დროს, თერმომეტრის ტემპერატურა და წყლის ტემპერატურა ერთნაირი იქნება და ერთი ობიექტიდან მეორე ობიექტზე სითბოს გადაცემა არ უნდა ხდებოდეს (თუ დავუშვებთ, რომ სითბო გარემოში არ იკარგება).

სითბოტევადობა: სითბოსა და ტემპერატურის ცვლილების ურთიერთგადაყვანა

როგორ შეგვიძლია სითბოს გაზომვა? აქაა რამდენიმე რამ, რაც ჯერჯერობით სითბოს შესახებ ვიცით:
  • როცა სისტემა შთანთქავს ან კარგავს სითბოს, მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია შეიცვლება. აქედან გამომდინარე, სითბოს გადაცემა იწვევს სისტემის ტემპერატურის ცვლილებას, თუ სისტემა არ განიცდის ფაზათა ცვლილებას.
  • სისტემაში ან სისტემიდან სითბოს გადაცემით გამოწვეული ტემპერატურული ცვლილება დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენი მოლეკულაა სისტემაში.
სისტემაში ტემპერატურული ცვლილების გასაზომად თერმომეტრის გამოყენება შეგვიძლია. როგორ გამოვიყენოთ ტემპერატურის ცვლილება გადაცემული სითბოს რაოდენობის დასათვლელად?
იმისათვის, რომ გავიგოთ, როგორ შეცვლის სისტემისთვის გადაცემული სითბო სისტემის ტემპერატურას, უნდა ვიცოდეთ მინიმუმ 2 რამ:
  • სისტემაში არსებული მოლეკულების რაოდენობა
  • სისტემის სითბოტევადობა
სისტემის სითბოტევადობა გვიჩვენებს, თუ რამდენი ენერგიაა საჭირო მოცემული სუბსტანციის ტემპერატურის შესაცვლელად, თუ დავუშვებთ, რომ ფაზათა ცვლილება არ მიმდინარეობს. სითბოტევადობის აღწერისთვის ორი ძირითადი გზა არსებობს. კუთრი სითბოტევადობა (ან კუთრი სითბო) წარმოდგენილია სიმბოლო start text, c, end text-თი ან start text, C, end text-თი და აღნიშნავს, თუ რა რაოდენობის ენერგიაა საჭირო ერთი გრამი სუბსტანციის ტემპერატურის 1, space, degrees, start text, C, end text-ით ან 1, start text, K, end text-ით გასაზრდელად. კუთრი სითბოტევადობოს ერთეულია, ჩვეულებრივ, start fraction, start text, ჯ, end text, divided by, start text, გ, რ, ა, მ, ი, end text, dot, start text, K, end text, end fraction. მოლური სითბოტევადობა, start text, C, end text, start subscript, start text, m, end text, end subscript ან start text, C, end text, start subscript, start text, მ, ო, ლ, end text, end subscript, ზომავს, თუ რა რაოდენის თერმული ენერგიაა საჭირო ერთი მოლი სუბსტანციის ტემპერატურის 1, space, degrees, start text, C, end text-ით ან 1, start text, K, end text-ით გასაზრდელად, მისი ერთეულია start fraction, start text, ჯ, end text, divided by, start text, მ, ო, ლ, end text, dot, start text, K, end text, end fraction. მაგალითად, ტყვიის სითბოტევადობა შეიძლება მოცემული იყოს როგორც კუთრი სითბოტევადობა, 0, comma, 129, start fraction, start text, ჯ, end text, divided by, start text, გ, end text, dot, start text, K, end text, end fraction, ან მოლური სითბოტევადობა, 26, comma, 65, start fraction, start text, ჯ, end text, divided by, start text, მ, ო, ლ, end text, dot, start text, K, end text, end fraction.

start text, q, end text-ს გამოთვლა სითბოტევადობის მეშვეობით

ჩვენ შეგვიძლია, გამოვიყენოთ სითბოტევადობა, რათა განვსაზღვროთ მატერიის მიერ შთანთქმული ან გამოყოფილი სითბო, შემდეგი ფორმულის დახმარებით:
start text, q, end text, equals, start text, m, end text, times, start text, C, end text, times, delta, start text, T, end text
სადაც start text, m, end text ნივთიერების მასაა (გრამებში), start text, C, end text კუთრი სითბოტევადობა, ხოლო delta, start text, T, end text -ტემპერატურის ცვლილება სითბური პროცესის დროს. მასას და კუთრ წინაღობას მხოლოდ დადებითი მნიშვნელობა შეიძლება ჰქონდეს, ამიტომაც start text, q, end text -ს ნიშანი დამოკიდებული იქნება delta, start text, T, end text -ს ნიშანზე. delta, start text, T, end text -ს გამოსათვლელად ვიყენებთ შემდეგ ფორმულას:
delta, start text, T, end text, equals, start text, T, end text, start subscript, start text, ს, ა, ბ, ო, ლ, ო, ო, end text, end subscript, minus, start text, T, end text, start subscript, start text, ს, ა, წ, ყ, ი, ს, ი, end text, end subscript
სადაც start text, T, end text, start subscript, start text, ს, ა, ბ, ო, ლ, ო, ო, end text, end subscript და start text, T, end text, start subscript, start text, ს, ა, წ, ყ, ი, ს, ი, end text, end subscript შეიძლება იყოს მოცემული, როგორც space, degrees, start text, C, end text-ში, ასევე start text, K, end text-ში. ამ ფორმულაზე დაყრდნობით, შეგვიძლია, ჩამოვაყალიბოთ, რომ თუ start text, q, end text დადებითია (სისტემის ენერგია იზრდება), მაშინ ჩვენი სისტემის ტემპერატურა იზრდება და start text, T, end text, start subscript, start text, ს, ა, ბ, ო, ლ, ო, ო, end text, end subscript, is greater than, start text, T, end text, start subscript, start text, ს, ა, წ, ყ, ი, ს, ი, end text, end subscript. ხოლო თუ start text, q, end text უარყოფითია (სისტემის ენერგია მცირდება), მაშინ ჩვენი სისტემის ტემპერატურა მცირდება და start text, T, end text, start subscript, start text, ს, ა, ბ, ო, ლ, ო, ო, end text, end subscript, is less than, start text, T, end text, start subscript, start text, ს, ა, წ, ყ, ი, ს, ი, end text, end subscript.

ამოცანის მაგალითი: ჩაის ჭიქის გაგრილება

დავუშვათ, რომ გვაქვს 250, start text, მ, ლ, end text ცხელი ჩაი, რომელიც უნდა გავაგრილოთ, სანამ დავლევთ. ახლა ჩაის ტემპერატურა არის 370, start text, K, end text და უნდა გავაგრილოთ 350, start text, K, end text-მდე. რა რაოდენობის თერმული ენერგია უნდა გადაეცეს ჩაიდან გარემოს, რათა ჩაი გაგრილდეს?
ლამბაქზე მდგარ თეთრ ჭიქაში ასხია შავი ჩაი ლიმონით.
გაგრილებისას ცხელი ჩაი სითბოს გარემოს გადასცემს. ფოტოს წყარო: Photozou, CC BY-NC-ND 2,5
ჩვენ უნდა დავუშვათ, რომ ჩაი ძირითადად წყლისგან შედგება, რათა ჩვენს გამოთვლებში წყლის სიმკვრივე და სითბოტევადობა გამოვიყენოთ. წყლის კუთრი სითბოტევადობაა 4, comma, 18, start fraction, start text, ჯ, end text, divided by, start text, გ, end text, dot, start text, K, end text, end fraction, ხოლო წყლის სიმკვრივე - 1, comma, 00, start fraction, start text, გ, end text, divided by, start text, მ, ლ, end text, end fraction. ჩაის გაგრილებისას გარემოსთვის გადაცემული ენერგიის გამოთვლა შემდეგი ნაბიჯების გამოყენებითაა შესაძლებელი:

1. გამოითვალეთ სუბსტანციის მასა

ჩაის/წყლის მასის გამოთვლა წყლის სიმკვრივისა და მოცულობის გამოყენებით შეგვიძლია:
start text, m, end text, equals, 250, start cancel, start text, მ, ლ, end text, end cancel, times, 1, comma, 00, start fraction, start text, გ, end text, divided by, start cancel, start text, მ, ლ, end text, end cancel, end fraction, equals, 250, start text, გ, end text

2. გამოითვალეთ ტემპერატურის ცვლილება, delta, start text, T, end text

ტემპერატურის ცვლილების, delta, start text, T, end text-ს, გამოთვლა საწყისი და საბოლოო ტემპერატურებით შეგვიძლია:
ΔT=Tსაბოლოო−Tსაწყისი=350 K−370 K=−20 K\begin{aligned}\Delta \text T&=\text T_{\text{საბოლოო}}-\text T_{\text{საწყისი}}\\ \\ &=350\,\text K-370\,\text K\\ \\ &=-20\,\text K\end{aligned}
რადგანაც ჩაის ტემპერატურა მცირდება და delta, start text, T, end text უარყოფითი იქნება, მოსალოდნელი იქნებოდა, რომ start text, q, end text შეიძლებოდა ყოფილიყო უარყოფითი, რადგანაც ჩვენი სისტემა თერმულ ენერგიას კარგავს.

3. იპოვეთ start text, q, end text

ახლა შეგვიძლია, გავიგოთ, თუ რა რაოდენობის სითბო გამოიყო ჩაის ჭიქიდან, სითბოს განტოლების გამოყენებით:
q=m×C×ΔT=250 გ×4,18 ჯგ⋅K×−20 K=−21000 ჯ\begin{aligned}\text q &= \text {m} \times \text C \times \Delta \text T\\ &=250\,\cancel{\textგ} \times4{,}18\,\dfrac{\textჯ}{\cancel{\textგ} \cdot \cancel{\text K}} \times -20\,\cancel{\text K}\\ &=-21000\,\textჯ\end{aligned}
აქედან გამომდინარე, გამოვთვალეთ, რომ 370, start text, K, end text-დან 350, start text, K, end text-მდე გაგრილებისას ჩაი გარემოს გადასცემს 21000, start text, J, end text ენერგიას.

დასკვნები

თერმოდინამიკაში, სითბო და ტემპერატურა ერთმანეთთან ახლოს მდგარი კონცეფციებია ზუსტი განსაზღვრებებით.
  • სითბო, start text, q, end text, არის თერმული ენერგია, რომელიც კონტაქტში მყოფი უფრო ცხელი სისტემიდან უფრო ცივ სისტემას გადაეცემა.
  • სისტემაში არსებული ატომების საშუალო კინეტიკური ენერგიის საზომია ტემპერატურა.
  • თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონის მიხედვით, როდესაც ორი ობიექტი თერმულ წონასწორობაში იმყოფება, მათ შორის სითბოს მიმოცვლა არ ხდება; აქედან გამომდინარე, მათ აქვთ ერთი და იგივე ტემპერატურა.
  • გამოყოფილი ან შთანთქმული სითბოს გამოთვლა სითბოტევადობის, start text, C, end text-ს, სუბსტანციის მასის start text, m, end text-ის და ტემპერატურის ცვლილების delta, start text, T, end text-ს გამოყენებით შეგვიძლია:
start text, q, end text, equals, start text, m, end text, times, start text, C, end text, times, delta, start text, T, end text

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა
პოსტები ჯერ არ არის.
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.