ფიზიკაში "სითბოს" ცნება დაკავშირებულია თერმული ენერგიის გადაცემასთან სხვადასხვა სხეულებს შორის. ამ პროცესების გამო ხდება სხეულების გათბობა და გაგრილება, ისევე როგორც მათი აგრეგაციის მდგომარეობის ცვლილება. მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ კითხვა რა არის სითბო.
კონცეფცია
რა არის სითბო? თითოეულ ადამიანს შეუძლია ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა ყოველდღიური თვალსაზრისით, რაც გულისხმობს განსახილველ კონცეფციას იმ შეგრძნებებს, რაც მას აქვს გარემოს ტემპერატურის მატებისას. ფიზიკაში ეს ფენომენი გაგებულია, როგორც ენერგიის გადაცემის პროცესი, რომელიც დაკავშირებულია მოლეკულების და ატომების ქაოტური მოძრაობის ინტენსივობის ცვლილებასთან, რომლებიც ქმნიან სხეულს.
ზოგადად, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ რაც უფრო მაღალია სხეულის ტემპერატურა, მით მეტი შინაგანი ენერგია ინახება მასში და მით მეტი სითბოს მიცემა შეუძლია სხვა ობიექტებს.
სითბო და ტემპერატურა
იცის პასუხი კითხვაზე, რა არის სითბო, ბევრმა შეიძლება იფიქროს, რომ ეს კონცეფცია მსგავსია "ტემპერატურის" ცნებასთან, მაგრამ ეს ასე არ არის. სითბო კინეტიკური ენერგიაა, ტემპერატურა კი ამის საზომიაენერგია. ამრიგად, სითბოს გადაცემის პროცესი დამოკიდებულია ნივთიერების მასაზე, მის შემადგენელ ნაწილაკების რაოდენობაზე, ასევე ამ ნაწილაკების ტიპზე და მათი მოძრაობის საშუალო სიჩქარეზე. თავის მხრივ, ტემპერატურა დამოკიდებულია მხოლოდ ბოლო ჩამოთვლილ პარამეტრებზე.
სხვაობა სითბოსა და ტემპერატურას შორის ადვილი გასაგებია, თუ ჩაატარებთ მარტივ ექსპერიმენტს: წყალი უნდა ჩაასხათ ორ ჭურჭელში ისე, რომ ერთი ჭურჭელი სავსე იყოს, მეორე კი მხოლოდ ნახევრად. ორივე ჭურჭლის ცეცხლზე დაყენებისას შეიძლება შეამჩნიოთ, რომ ის, რომელშიც ნაკლები წყალია, ჯერ იწყებს დუღილს. მეორე ჭურჭელი რომ ადუღდეს, ცეცხლიდან კიდევ ცოტა სითბო დასჭირდება. როდესაც ორივე ჭურჭელი ადუღდება, შეგიძლიათ გაზომოთ მათი ტემპერატურა, ის იგივე იქნება (100 oC), მაგრამ მეტი სითბო იყო საჭირო იმისათვის, რომ სავსე ჭურჭელი მასში ადუღდეს.
სითბოს ერთეული
ფიზიკაში სითბოს განმარტების მიხედვით, შეიძლება გამოვიცნოთ, რომ იგი იზომება იმავე ერთეულებში, როგორც ენერგია ან სამუშაო, ანუ ჯოულებში (J). სითბოს ძირითადი ერთეულის გარდა, ყოველდღიურ ცხოვრებაში ხშირად შეგიძლიათ გაიგოთ კალორიების შესახებ (კკალ). ეს კონცეფცია გაგებულია, როგორც სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა გადავიდეს ერთ გრამ წყალში, რათა მისი ტემპერატურა მოიმატოს 1 კელვინით (K). ერთი კალორია უდრის 4,184 ჯ. ასევე შეგიძლიათ გაიგოთ დიდი და მცირე კალორიების შესახებ, რომლებიც, შესაბამისად, 1 კკალ და 1 კალორიაა.
სითბოუნარიანობის კონცეფცია
ვიცოდეთ რა არის სითბო, განვიხილოთ ფიზიკური სიდიდე, რომელიც პირდაპირ ახასიათებს მას - სითბოს სიმძლავრე. ამ კონცეფციის მიხედვით,ფიზიკა ნიშნავს სითბოს რაოდენობას, რომელიც უნდა მიეცეს ან მიიღოს სხეულს, რათა მისი ტემპერატურა შეიცვალოს 1 კელვინით (K).
კონკრეტული სხეულის სითბოსუნარიანობა დამოკიდებულია 2 ძირითად ფაქტორზე:
- ქიმიური შემადგენლობისა და აგრეგაციის მდგომარეობის შესახებ, რომელშიც წარმოდგენილია სხეული;
- .
მისი მასის
ამ მახასიათებლის ობიექტის მასისგან დამოუკიდებელი რომ ყოფილიყო, სითბოს ფიზიკაში შემოიტანეს სხვა სიდიდე - სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე, რომელიც განსაზღვრავს მოცემული სხეულის მიერ გადაცემული ან მიღებული სითბოს რაოდენობას 1 კგ-ზე. მისი მასა, როდესაც ტემპერატურა იცვლება 1 კ-ით.
სხვადასხვა ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრეების სხვაობის გასაგებად, მაგალითად, აიღეთ 1გ წყალი, 1გრ რკინა და 1გრ მზესუმზირის ზეთი და გააცხელეთ. ტემპერატურა ყველაზე სწრაფად შეიცვლება რკინის ნიმუშისთვის, შემდეგ ზეთის წვეთისთვის და გაგრძელდება წყლისთვის.
გაითვალისწინეთ, რომ სპეციფიკური სითბური ტევადობა დამოკიდებულია არა მხოლოდ ნივთიერების ქიმიურ შემადგენლობაზე, არამედ მის აგრეგაციის მდგომარეობაზე, აგრეთვე გარე ფიზიკურ პირობებზე, რომლებშიც იგი განიხილება (მუდმივი წნევა ან მუდმივი მოცულობა).
თბოგადაცემის პროცესის მთავარი განტოლება
კითხვაზე, თუ რა არის სითბო, უნდა მივცეთ მთავარი მათემატიკური გამოთქმა, რომელიც ახასიათებს მისი გადაცემის პროცესს აბსოლუტურად ნებისმიერი სხეულისთვის, აგრეგაციის ნებისმიერ მდგომარეობაში. ამ გამოთქმას აქვს ფორმა: Q=cmΔT, სადაც Q არის გადაცემული (მიღებული) სითბოს რაოდენობა, c არის მოცემული ობიექტის სპეციფიკური სითბო, m -მისი მასა, ΔT არის აბსოლუტური ტემპერატურის ცვლილება, რომელიც განისაზღვრება, როგორც სხეულის ტემპერატურის სხვაობა სითბოს გადაცემის პროცესის ბოლოს და დასაწყისში.
მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ ზემოაღნიშნული ფორმულა ყოველთვის იქნება მოქმედი, როდესაც განხილული პროცესის დროს ობიექტი ინარჩუნებს აგრეგაციის მდგომარეობას, ანუ რჩება თხევად, მყარ ან გაზად. წინააღმდეგ შემთხვევაში, განტოლება ვერ იქნება გამოყენებული.
მატერიის აგრეგაციის მდგომარეობის ცვლილება
როგორც იცით, არსებობს 3 ძირითადი აგრეგატული მდგომარეობა, რომელშიც მატერია შეიძლება იყოს:
- გაზი;
- თხევადი;
- მყარი სხეული.
იმისთვის, რომ მოხდეს ერთი მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლა, აუცილებელია სხეულმა აცნობოს ან გამოართვას მას სითბო. ფიზიკაში ასეთი პროცესებისთვის დაინერგა დნობის (კრისტალიზაციის) და დუღილის (კონდენსაციის) სპეციფიკური სითბოს ცნებები. ყველა ეს რაოდენობა განსაზღვრავს სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა აგრეგაციის მდგომარეობის შესაცვლელად, რომელიც გამოყოფს ან შთანთქავს 1 კგ სხეულის წონას. ამ პროცესებისთვის მართებულია განტოლება: Q=Lm, სადაც L არის მატერიის მდგომარეობებს შორის შესაბამისი გადასვლის სპეციფიკური სითბო.
ქვემოთ მოცემულია აგრეგაციის მდგომარეობის შეცვლის პროცესების ძირითადი მახასიათებლები:
- ეს პროცესები მიმდინარეობს მუდმივ ტემპერატურაზე, როგორიცაა დუღილი ან დნობა.
- ისინი შექცევადია. მაგალითად, სითბოს რაოდენობა, რომელიც მოცემულმა სხეულმა შთანთქა დნობის მიზნით, ზუსტად იქნება სითბოს რაოდენობის ტოლი, რომელიც გამოიყოფა გარემოში, თუ ეს სხეული კვლავ გაივლის.მყარ მდგომარეობაში.
თერმული წონასწორობა
ეს არის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი საკითხი, რომელიც დაკავშირებულია "სითბოს" კონცეფციასთან, რომელიც გასათვალისწინებელია. თუ ორი სხეულის სხვადასხვა ტემპერატურის მქონე კონტაქტში შედის, მაშინ გარკვეული პერიოდის შემდეგ ტემპერატურა მთელ სისტემაში თანაბარი გახდება და იგივე გახდება. თერმული წონასწორობის მისაღწევად, უფრო მაღალი ტემპერატურის მქონე სხეულმა უნდა გამოსცეს სისტემას სითბო, ხოლო დაბალი ტემპერატურის მქონე სხეულმა უნდა მიიღოს ეს სითბო. სითბოს ფიზიკის კანონები, რომლებიც აღწერს ამ პროცესს, შეიძლება გამოიხატოს სითბოს გადაცემის მთავარი განტოლებისა და განტოლების კომბინაციაში, რომელიც განსაზღვრავს მატერიის საერთო მდგომარეობის ცვლილებას (ასეთის არსებობის შემთხვევაში).
თერმული წონასწორობის სპონტანური დამყარების პროცესის თვალსაჩინო მაგალითია წყალში ჩაყრილი წითლად გახურებული რკინის ზოლი. ამ შემთხვევაში, ცხელი რკინა სითბოს გადასცემს წყალს, სანამ მისი ტემპერატურა არ გახდება სითხის ტემპერატურის ტოლი.
სითბოს გადაცემის ძირითადი მეთოდები
ადამიანისთვის ცნობილი ყველა პროცესი, რომელიც თან ახლავს თერმული ენერგიის გაცვლას, ხდება სამი განსხვავებული გზით:
- თერმული კონდუქტომეტრული. იმისათვის, რომ სითბოს გაცვლა მოხდეს ამ გზით, აუცილებელია კონტაქტი ორ სხეულს შორის სხვადასხვა ტემპერატურის მქონე. ლოკალურ მოლეკულურ დონეზე კონტაქტურ ზონაში კინეტიკური ენერგია ცხელი სხეულიდან ცივში გადადის. ამ სითბოს გადაცემის სიჩქარე დამოკიდებულია ჩართული სხეულების უნარზე, გაატარონ სითბო. თბოგამტარობის ნათელი მაგალითიაადამიანი ეხება ლითონის ღეროს.
- კონვექცია. ეს პროცესი მოითხოვს მატერიის მოძრაობას, ამიტომ იგი შეინიშნება მხოლოდ სითხეებსა და აირებში. კონვექციის არსი შემდეგია: გაზის ან თხევადი ფენების გაცხელებისას მათი სიმკვრივე მცირდება, ამიტომ ისინი ამაღლდებიან. სითხის ან აირის მოცულობის მატებისას ისინი სითბოს გადასცემენ. კონვექციის მაგალითია ქვაბში წყლის ადუღების პროცესი.
- გამოსხივება. სითბოს გადაცემის ეს პროცესი ხდება გაცხელებული სხეულის მიერ სხვადასხვა სიხშირის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების გამოსხივების გამო. მზის შუქი გამოსხივების მთავარი მაგალითია.
