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

Agar veb-filtrlardan foydalanayotgan boʻlsangiz *.kastatic.org va *.kasandbox.org domenlariga ruxsat berilganligini tekshirib koʻring.

Asosiy kontent

Kimyo

Course: Kimyo > Unit 15

Lesson 1: Ichki energiya
Tabiiy fanlar
Kimyo
Termodinamika
Ichki energiya
© 2023 Khan AcademyFoydalanish shartlariMaxfiylik siyosatiCookie Notice

Issiqlik va harorat

Google sinfxona
Termodinamikada issiqlik nimani anglatadi va issiqlikdan foydalangan holda qanday qilib issiqlik sigʻimini hisoblashimiz mumkin?

Asosiy tushunchalar

  • Issiqlik (start text, q, end text) issiqroq sistemadan oʻzaro aloqada boʻlgan, tutashgan sovuqroq sistemaga oʻtgan issiqlik energiyasidir.
  • Harorat sistemadagi atomlar va molekulalarning oʻrtacha kinetik energiyasining oʻlchov birligi hisoblanadi.
  • Termodinamikaning nolinchi qonuniga koʻra termik muvozanatda turgan ikkita jism oʻrtasida hech qanaqa issiqlik oʻtishi kuzatilmaydi, shu sababdan ular bir xil haroratda boʻladi.
  • Biz yutilgan yoki ajralgan issiqlik miqdorini solishtirma issiqlik sigʻimi (start text, C, end text), moddaning massasi (start text, m, end text) va harorat oʻzgarishi (delta, start text, T, end text) ni bilgan holda hisoblashimiz mumkin:
start text, q, end text, equals, start text, m, end text, times, start text, C, end text, times, delta, start text, T, end text

Termodinamikada issiqlik

Bir finjon qahvada issiqlik miqdori koʻproqmi yoki bir stakan muzli choyda? Kimyo kursi uchun bu chalgʻituvchi savol boʻldi (uzr!). Termodinamikada issiqlik tushunchasi biz kundalik nutqda foydalanadigan tushunchadan umuman farq qilib, muayyan maʼnoni anglatadi. Olimlar issiqlikni turlicha haroratda boʻlgan, oʻzaro tutashgan ikki sistema orasidagi oʻtgan issiqlik energiyasi deb tushuntiradi. Issiqlik q yoki Q belgisi bilan yoziladi va joullarda (start text, J, end text) oʻlchanadi.
Shaffof yuzadagi suvni ichida eriyotgan uchta muz kubi.
Issiqlik atrof-muhitdan muzga oʻtadi, bunung natijasida faza muzdan suvga aylanadi. Muz kublarining rasmi flickrʼdan olindi, CC BY 2.0.
Issiqlik baʼzan jarayon oʻlchovi ham deb ataladi, chunki jarayon davomida oʻtishi mumkin boʻlgan energiyaning miqdorini koʻrsatadi. Biz finjondagi qahvaning issiqlik miqdori qanchaligi haqida gapira olmaymiz, ammo finjondagi qaynoq qahvadan qoʻlimizga oʻtgan issiqlik haqida fikr yuritishimiz mumkin. Issiqlik ekstensiv kattalik boʻlib, shu sababdan sistemaga issiqlik uzatilishi natijasida haroratning oʻzgarishi sistemada qancha molekula borligiga bogʻliq.

Issiqlik va harorat oʻrtasidagi bogʻliqlik

Issiqlik va harorat ikki xil, ammo chambarchas bogʻliq tushunchalardir. Ahamiyat bering, ularning oʻlchov birliklari turlicha: harorat odatda Selsiy (degrees, start text, C, end text) yoki Kelvin (start text, K, end text) darajalarda, issiqlik esa energiyaning oʻlchov birligi boʻlmish joullarda (start text, J, end text) oʻlchanadi. Harorat sistemadagi atom yoki molekularning oʻrtacha kinetik energiyasining oʻlchovidir. Bir finjon qaynoq qahva ichidagi suv molekulalarining kinetik energiyasi bir stakan muzli choy tarkibidagi suv molekularining oʻrtacha kinetik energiyasidan balandroq, bu ularning yuqori harakatchanligi bilan tavsiflanadi. Harorat intensiv kattalik boʻlib, yaʼni bizda qancha modda borligidan qatʼi nazar harorat oʻzgarmaydi (agarda barchasi bir xil haroratda boʻlsa!). Suyuqlanish harorati minus moddaning miqdoriga bogʻliq boʻlmagan xususiyatdir. Mana, nima uchun kimyogarlar toza moddani aniqlashda suyuqlanish haroratidan foydalanishi mumkin.
Atom darajasida har bir jismning molekulalari doimiy harakatda boʻladi va boshqalari bilan toʻqnashib turadi. Molekulalarning har bir toʻqnashuvida kinetik energiya uzatilishi mumkin. Ikkita sistema tutash boʻlganda, molekulyar toʻqnashuvlarda issiqlik issiqroq sistemadan sovuqroq sistemaga oʻtadi. Ikkita jismda harorat tenglashmaguncha issiqlik shu yoʻnalishda oqim singari harakatlanadi. Ikkita tutashgan sistemaning haroratlari bir xil boʻlsa, biz ularni termik muvozanatda deymiz.

Termodinamikaning nolinchi qonuni: termik muvozanatning taʼrifi

Termodinamikaning nolinchi qonuni izolyatsiyalangan sistema ichidagi termik muvozanatni ifodalaydi. Nolinchi qonunga koʻra oʻzaro tutash, termik muvozanatda boʻlgan ikkita jismda haqiqiy issiqlik uzatilishi boʻlmaydi, shuning uchun ular bir xil haroratda boʻladi. Nolinchi qonunning yana bir koʻrinishi: agar ikkita jism uchinchi jism bilan termik muvozanatda boʻlsa, ular oʻzaro termik muvozanatda boʻladi.
Nolinchi qonun bizga jismlarning haroratini oʻlchashga yordam beradi. Biz termometrdan foydalangan vaqtimizda termodinamikaning nolinchi qonunini ishlatayotgan boʻlamiz. Keling, suv hammomining haroratini oʻlchab koʻramiz. Odatda qiymat aniq boʻlishi uchun harorat doimiy boʻlishini kutamiz. Aslida biz termometr va suvning termik muvozanatga kelishini kutayotgan boʻlamiz. Termik muvozanat vaqtida termometr kolbasi va suv hammomining harorati bir xil boʻladi va bu vaqtda bir jismdan ikkinchi jismga haqiqiy issiqlik uzatilishi boʻlmasligi kerak (atrof-muhitga issiqlik chiqib ketishi sodir boʻlmayapti, deb faraz qilamiz).

Issiqlik sigʻimi: harorat oʻzgarishi va issiqlikni bir-biriga oʻtkazish

Issiqlikni qanday oʻlchaymiz? Hozircha biz issiqlik haqida quyidagilarni bilamiz:
  • Sistema issiqlik yutganda yoki chiqarganda molekulalarning oʻrtacha kinetik energiyasi oʻzgaradi. Shunday qilib, issiqlik uzatilishi natijasida sistemaning harorati oʻzgarmasa, sistemada fazaviy oʻzgarishlar kuzatilmaydi.
  • Sistemaga issiqlik oʻtishi yoki chiqishi natijasida haroratning oʻzgarishi sitemada qancha molekula borligiga bogʻliq.
Sistemaning harorati oʻzgarishini oʻlchash uchun termometrdan foydalanishimiz mumkin. Oʻtkazilgan issiqlikni topish uchun haroratdan qanday foydalanishimiz mumkin?
Sistemaga berilgan issiqlik sistemaning haroratini qanday oʻzgartirganini aniqlash uchun kamida 2 ta narsani bilishimiz kerak:
  • Sistemadagi molekulalar soni
  • Sistemaning issiqlik sigʻimi
Issiqlik sigʻimi berilgan moddada fazaviy oʻzgarishlar qilmasdan turib haroratini oʻzgartirish uchun qancha energiya berishimiz kerakligini bildiradi. Ikki xil issiqlik sigʻimi mavjud. Solishtirma issiqlik sigʻimi start text, c, end text yoki start text, C, end text harfi bilan belgilanib, bir gram moddaning haroratini 1, space, degrees, start text, C, end text yoki 1, start text, K, end text ga oʻzgartirish uchun kerak boʻladigan energiya miqdorini ifodalaydi. Solishtirma issiqlik sigʻimining oʻlchov birligi sifatida odatda start fraction, start text, J, end text, divided by, start text, g, end text, dot, start text, K, end text, end fraction ishlatiladi. Molyar issiqlik sigʻimi start text, C, end text, start subscript, start text, m, end text, end subscript yoki start text, C, end text, start subscript, start text, m, o, l, end text, end subscript bir mol moddaning haroratini 1, space, degrees, start text, C, end text yoki 1, start text, K, end text ga oʻzgartirish uchun kerak boʻladigan energiya miqdorini tavsiflaydi va odatda start fraction, start text, J, end text, divided by, start text, m, o, l, end text, dot, start text, K, end text, end fraction da oʻlchanadi. Masalan, qoʻrgʻoshinning issiqlik sigʻimini solishtirma issiqlik sigʻimi 0, start text, comma, end text, 129, start fraction, start text, J, end text, divided by, start text, g, end text, dot, start text, K, end text, end fraction yoki molyar issiqlik sigʻimi 26, start text, comma, end text, 65, start fraction, start text, J, end text, divided by, start text, m, o, l, end text, dot, start text, K, end text, end fraction deb ifodalashimiz mumkin.

start text, q, end text ni issiqlik sigʻimidan foydalanib hisoblash

Issiqlik sigʻimidan foydalangan holda quyidagi formula yordamida yutilgan yoki ajralgan issiqlikni topishimiz mumkin:
start text, q, end text, equals, start text, m, end text, times, start text, C, end text, times, delta, start text, T, end text
bu yerda start text, m, end text moddaning massasi (gramlarda), start text, C, end text solishtirma issiqlik sigʻimi, delta, start text, T, end text issiqlik oʻtishi vaqtida haroratning oʻzgarishi. Yodda tuting, massa hamda solishtirma issiqlik sigʻimi faqat musbat qiymatga ega boʻladi, shuning uchun start text, q, end text ning ishorasi delta, start text, T, end text ning ishorasiga bogʻliq boʻladi. Biz delta, start text, T, end text ni quyidagi formula orqali topishimiz mumkin:
delta, start text, T, end text, equals, start text, T, end text, start subscript, start text, o, x, i, r, g, i, end text, end subscript, minus, start text, T, end text, start subscript, start text, d, a, s, t, l, a, b, k, i, end text, end subscript
bu yerda start text, T, end text, start subscript, start text, o, x, i, r, g, i, end text, end subscript va start text, T, end text, start subscript, start text, d, a, s, t, l, a, b, k, i, end text, end subscript ikkalasi ham bir xil birlikda space, degrees, start text, C, end text yoki start text, K, end text boʻlishi kerak. Ushbu tenglamaga asosan, agar q ning qiymati musbat boʻlsa (sistemaning energiyasi ortgan), sistemamizning harorati ortgan va start text, T, end text, start subscript, start text, o, x, i, r, g, i, end text, end subscript, is greater than, start text, T, end text, start subscript, start text, d, a, s, t, l, a, b, k, i, end text, end subscript boʻladi. Agar start text, q, end text manfiy boʻlsa (sistemaning energiyasi kamaygan), sistemaning energiyasi kamaygan va start text, T, end text, start subscript, start text, o, x, i, r, g, i, end text, end subscript, is less than, start text, T, end text, start subscript, start text, d, a, s, t, l, a, b, k, i, end text, end subscript boʻladi.

Masala: bir piyola choyni sovitish

Aytaylik, bizda 250, start text, m, l, end text issiq choy bor, uni ichishdan oldin sovitishni xohlaymiz. Choy hozir 370, start text, K, end text haroratda, biz uni 350, start text, K, end text gacha sovitmoqchimiz. Choyni sovitish uchun choydan atrof-muhitga qancha issiqlik energiyasini oʻtkazish kerak?
Qora choy likopcha ustidagi oppoq finjonda uning ustida bir boʻlak limon.
Issiq choy sovushi uchun atrof-muhitga issiqlik chiqarishi kerak. Rasm Photozouʼdan, CC BY-NC-ND 2.5
Choyning asosiy qismi suv boʻlgani uchun faqat suvdan iborat deb qabul qilib olamiz, shuning uchun hisob-kitobimizda suvning zichligi va issiqlik sigʻimidan foydalanamiz. Suvning solishtirma issiqlik sigʻimi 4, start text, comma, end text, 18, start fraction, start text, J, end text, divided by, start text, g, end text, dot, start text, K, end text, end fraction ni, zichligi esa 1, start text, comma, end text, 00, start fraction, start text, g, end text, divided by, start text, m, l, end text, end fraction ni tashkil qiladi. Choyni sovitish jarayonida tashqi muhitga oʻtkazilgan energiyani quyidagi amallar ketma-ketligi yordamida hisoblashimiz mumkin:

1. Moddaning massasini aniqlaymiz

Choy/suvning massasini topish uchun suvning zichligiga uning hajmini koʻpaytiramiz:
start text, m, end text, equals, 250, start cancel, start text, m, l, end text, end cancel, times, 1, start text, comma, end text, 00, start fraction, start text, g, end text, divided by, start cancel, start text, m, l, end text, end cancel, end fraction, equals, 250, start text, g, end text

2. Harorat oʻzgarishi (delta, start text, T, end text) ni hisoblaymiz

Harorat oʻzgarishi (delta, start text, T, end text) ni topish uchun oxirgi haroratdan dastlabki haroratni ayiramiz:
ΔT=Toxirgi−Tdastlabki=350 K−370 K=−20 K\begin{aligned}\Delta \text T&=\text T_{\text{oxirgi}}-\text T_{\text{dastlabki}}\\ \\ &=350\,\text K-370\,\text K\\ \\ &=-20\,\text K\end{aligned}
Choyning harorati tushishidan va delta, start text, T, end text ning manfiy ekanidan, shuningdek, sistemamiz issiqlik energiyasini yoʻqotayotganidan start text, q, end text ning manfiy ekanini bilishimiz mumkin.

3. start text, q, end text ni topamiz

Endi biz issiqlikni topish tenglamasidan issiq choydan ajralgan issiqlikni hisoblashimiz mumkin:
q=m×C×ΔT=250 g×4,18 Jg⋅K×−20 K=−21000 J\begin{aligned}\text q &= \text {m} \times \text C \times \Delta \text T\\ &=250\,\cancel{\text g} \times4{,}18\,\dfrac{\text J}{\cancel{\text g} \cdot \cancel{\text K}} \times -20\,\cancel{\text K}\\ &=-21000\,\text J\end{aligned}
Shunday qilib, choyni 370, start text, K, end text dan 350, start text, K, end text ga sovitish uchun atrof-muhitga 21000, start text, J, end text energiyani chiqarib yuborish kerak ekan.

Xulosalar

Termodinamikada issiqlik va harorat chambarchas bogʻliq, aniq taʼrifga ega boʻlgan tushunchalardir.
  • Issiqlik (start text, q, end text) minus issiqroq sistemadan oʻzaro aloqada boʻlgan, tutashgan sovuqroq sistemaga oʻtgan issiqlik energiyasi.
  • Harorat sistemadagi atomlar va molekulalarning oʻrtacha kinetik energiyasining oʻlchov birligi hisoblanadi.
  • Termodinamikaning nolinchi qonuniga koʻra termik muvozanatda turgan ikkita jism oʻrtasida hech qanaqa issiqlik oʻtishi kuzatilmaydi, shu sababdan ular bir xil haroratda boʻladi.
  • Biz yutilgan yoki ajralgan issiqlik miqdorini solishtirma issiqlik sigʻimi (start text, C, end text), moddaning massasi (start text, m, end text) va harorat oʻzgarishi (delta, start text, T, end text) dan foydalangan holda hisoblashimiz mumkin:
start text, q, end text, equals, start text, m, end text, times, start text, C, end text, times, delta, start text, T, end text

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish
Hozircha izohlar yoʻq.
Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.