गर्मी की मात्रा: अवधारणा, गणना, अनुप्रयोग। गर्मी हस्तांतरण के दौरान गर्मी की मात्रा की गणना, किसी पदार्थ की विशिष्ट गर्मी क्षमता
थर्मोडायनामिक सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा को दो तरह से बदला जा सकता है:
- सिस्टम पर काम करना
- थर्मल इंटरैक्शन के माध्यम से।
शरीर में ऊष्मा का स्थानांतरण शरीर पर स्थूल कार्य के प्रदर्शन से जुड़ा नहीं है। इस मामले में, आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन इस तथ्य के कारण होता है कि उच्च तापमान वाले शरीर के अलग-अलग अणु शरीर के कुछ अणुओं पर काम करते हैं, जिनका तापमान कम होता है। इस मामले में, तापीय चालकता के कारण थर्मल इंटरैक्शन का एहसास होता है। विकिरण की सहायता से ऊर्जा का स्थानांतरण भी संभव है। सूक्ष्म प्रक्रियाओं की प्रणाली (पूरे शरीर से नहीं, बल्कि व्यक्तिगत अणुओं से संबंधित) को गर्मी हस्तांतरण कहा जाता है। गर्मी हस्तांतरण के परिणामस्वरूप एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरित होने वाली ऊर्जा की मात्रा एक शरीर से दूसरे शरीर में स्थानांतरित होने वाली गर्मी की मात्रा से निर्धारित होती है।
परिभाषा
गरमाहटउस ऊर्जा को कहा जाता है जो शरीर द्वारा आसपास के पिंडों (पर्यावरण) के साथ ऊष्मा विनिमय की प्रक्रिया में प्राप्त (या दी जाती है)। ऊष्मा को आमतौर पर Q अक्षर से निरूपित किया जाता है।
यह ऊष्मप्रवैगिकी में मूल मात्राओं में से एक है। ऊष्मागतिकी के पहले और दूसरे नियमों के गणितीय व्यंजकों में ऊष्मा शामिल है। ऊष्मा को आणविक गति के रूप में ऊर्जा कहा जाता है।
सिस्टम (शरीर) को गर्मी का संचार किया जा सकता है, या इसे इससे लिया जा सकता है। ऐसा माना जाता है कि यदि सिस्टम को गर्मी प्रदान की जाती है, तो यह सकारात्मक है।
तापमान में परिवर्तन के साथ गर्मी की गणना करने का सूत्र
ऊष्मा की प्राथमिक मात्रा को निरूपित किया जाता है। ध्यान दें कि गर्मी का वह तत्व जो सिस्टम को अपने राज्य में एक छोटे से बदलाव के साथ प्राप्त होता है (छोड़ देता है) कुल अंतर नहीं है। इसका कारण यह है कि गर्मी प्रणाली की स्थिति को बदलने की प्रक्रिया का एक कार्य है।
सिस्टम को सूचित की जाने वाली गर्मी की प्राथमिक मात्रा, और तापमान T से T + dT में बदल जाता है:
जहाँ C शरीर की ऊष्मा क्षमता है। यदि विचाराधीन पिंड सजातीय है, तो ऊष्मा की मात्रा के लिए सूत्र (1) को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
शरीर की विशिष्ट ऊष्मा कहाँ है, m शरीर का द्रव्यमान है, दाढ़ ऊष्मा क्षमता है, पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान है, पदार्थ के मोलों की संख्या है।
यदि शरीर सजातीय है, और गर्मी क्षमता को तापमान से स्वतंत्र माना जाता है, तो गर्मी की मात्रा () जो शरीर को उसके तापमान में एक मूल्य से बढ़ने पर प्राप्त होती है, की गणना इस प्रकार की जा सकती है:
जहां टी 2, टी 1 शरीर का तापमान गर्म करने से पहले और बाद में। कृपया ध्यान दें कि गणना में अंतर () खोजने पर, तापमान को डिग्री सेल्सियस और केल्विन दोनों में प्रतिस्थापित किया जा सकता है।
चरण संक्रमण के दौरान ऊष्मा की मात्रा का सूत्र
किसी पदार्थ के एक चरण से दूसरे चरण में संक्रमण के साथ एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा का अवशोषण या विमोचन होता है, जिसे चरण संक्रमण की ऊष्मा कहा जाता है।
इसलिए, किसी पदार्थ के एक तत्व को ठोस अवस्था से तरल में स्थानांतरित करने के लिए, उसे ऊष्मा की मात्रा () के बराबर सूचित किया जाना चाहिए:
संलयन की विशिष्ट ऊष्मा कहाँ है, dm शरीर द्रव्यमान तत्व है। इस मामले में, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि शरीर का तापमान विचाराधीन पदार्थ के गलनांक के बराबर होना चाहिए। क्रिस्टलीकरण के दौरान, ऊष्मा (4) के बराबर निकलती है।
तरल को वाष्प में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा (वाष्पीकरण की ऊष्मा) की मात्रा को इस प्रकार पाया जा सकता है:
जहां r वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा है। जब भाप संघनित होती है, तो ऊष्मा निकलती है। वाष्पीकरण की ऊष्मा समान द्रव्यमान वाले पदार्थ के संघनन की ऊष्मा के बराबर होती है।
ऊष्मा की मात्रा मापने की इकाइयाँ
SI प्रणाली में ऊष्मा की मात्रा को मापने की मूल इकाई है: [Q]=J
गर्मी की एक ऑफ-सिस्टम इकाई जो अक्सर तकनीकी गणनाओं में पाई जाती है। [क्यू] = कैलोरी (कैलोरी)। 1 कैल = 4.1868 जे।
समस्या समाधान के उदाहरण
उदाहरण
व्यायाम। t=40C के तापमान पर 200 लीटर पानी प्राप्त करने के लिए कितने मात्रा में पानी मिलाया जाना चाहिए, यदि पानी के एक द्रव्यमान का तापमान t 1 = 10C, पानी का दूसरा द्रव्यमान t 2 = 60C है?
समाधान।हम ऊष्मा संतुलन समीकरण को रूप में लिखते हैं:
जहाँ Q=cmt - पानी मिलाने के बाद तैयार ऊष्मा की मात्रा; क्यू 1 \u003d सेमी 1 टी 1 - तापमान टी 1 और द्रव्यमान एम 1 के साथ पानी के एक हिस्से की गर्मी की मात्रा; क्यू 2 \u003d सेमी 2 टी 2 - तापमान टी 2 और द्रव्यमान एम 2 के साथ पानी के एक हिस्से की गर्मी की मात्रा।
समीकरण (1.1) का तात्पर्य है:
पानी के ठंडे (V 1) और गर्म (V 2) भागों को एक आयतन (V) में मिलाते समय, हम यह स्वीकार कर सकते हैं कि:
तो, हमें समीकरणों की एक प्रणाली मिलती है:
इसे हल करते हुए, हम प्राप्त करते हैं:
« भौतिकी - ग्रेड 10 "
पदार्थ का समग्र परिवर्तन किन प्रक्रियाओं में होता है?
पदार्थ की अवस्था को कैसे बदला जा सकता है?
आप किसी भी पिंड की आंतरिक ऊर्जा को काम करके, गर्म करके या, इसके विपरीत, ठंडा करके बदल सकते हैं।
इस प्रकार, धातु की फोर्जिंग करते समय, काम किया जाता है और इसे गर्म किया जाता है, जबकि साथ ही धातु को जलती हुई लौ पर गर्म किया जा सकता है।
साथ ही, यदि पिस्टन स्थिर है (चित्र 13.5), तो गर्म करने पर गैस का आयतन नहीं बदलता है और कोई कार्य नहीं होता है। लेकिन गैस का तापमान और इसलिए इसकी आंतरिक ऊर्जा बढ़ जाती है।
आंतरिक ऊर्जा बढ़ और घट सकती है, इसलिए गर्मी की मात्रा सकारात्मक या नकारात्मक हो सकती है।
बिना कार्य किये एक पिंड से दूसरे पिंड में ऊर्जा के स्थानान्तरण की प्रक्रिया कहलाती है गर्मी विनिमय.
गर्मी हस्तांतरण के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन की मात्रात्मक माप को कहा जाता है गर्मी की मात्रा.
गर्मी हस्तांतरण की आणविक तस्वीर।
पिंडों के बीच की सीमा पर गर्मी के आदान-प्रदान के दौरान, ठंडे शरीर के धीरे-धीरे चलने वाले अणु गर्म शरीर के तेजी से गतिमान अणुओं के साथ बातचीत करते हैं। नतीजतन, अणुओं की गतिज ऊर्जा बराबर हो जाती है और ठंडे शरीर के अणुओं की गति बढ़ जाती है, जबकि गर्म शरीर के अणुओं की गति कम हो जाती है।
ऊष्मा विनिमय के दौरान, ऊर्जा का एक रूप से दूसरे रूप में रूपांतरण नहीं होता है; एक गर्म शरीर की आंतरिक ऊर्जा का हिस्सा कम गर्म शरीर में स्थानांतरित हो जाता है।
गर्मी और गर्मी क्षमता की मात्रा।
आप पहले से ही जानते हैं कि तापमान t 1 से तापमान t 2 तक द्रव्यमान m वाले किसी पिंड को गर्म करने के लिए, उसमें ऊष्मा की मात्रा को स्थानांतरित करना आवश्यक है:
क्यू \u003d सेमी (टी 2 - टी 1) \u003d सेमी t। (13.5)
जब शरीर ठंडा होता है, तो उसका अंतिम तापमान t2 प्रारंभिक तापमान t1 से कम हो जाता है और शरीर द्वारा छोड़ी गई गर्मी की मात्रा नकारात्मक होती है।
गुणांक c को सूत्र (13.5) में कहा जाता है विशिष्ट ऊष्मा क्षमतापदार्थ।
विशिष्ट ऊष्मा- यह संख्यात्मक रूप से गर्मी की मात्रा के बराबर एक मान है जो 1 किलो के द्रव्यमान वाला पदार्थ प्राप्त करता है या छोड़ देता है जब उसका तापमान 1 के बदलता है।
गैसों की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता उस प्रक्रिया पर निर्भर करती है जिसके द्वारा ऊष्मा का स्थानांतरण होता है। यदि आप किसी गैस को स्थिर दाब पर गर्म करते हैं, तो वह फैल जाएगी और कार्य करेगी। स्थिर दाब पर किसी गैस को 1 °C तक गर्म करने के लिए, उसे स्थिर आयतन पर गर्म करने की अपेक्षा अधिक ऊष्मा स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है, जब गैस केवल गर्म होगी।
तरल पदार्थ और ठोस गर्म करने पर थोड़ा फैलते हैं। स्थिर आयतन और स्थिर दबाव पर उनकी विशिष्ट ऊष्मा क्षमताएँ बहुत कम होती हैं।
वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा।
उबलने की प्रक्रिया के दौरान एक तरल को वाष्प में बदलने के लिए, इसमें एक निश्चित मात्रा में ऊष्मा को स्थानांतरित करना आवश्यक है। किसी द्रव को उबालने पर उसका तापमान नहीं बदलता है। एक स्थिर तापमान पर तरल के वाष्प में परिवर्तन से अणुओं की गतिज ऊर्जा में वृद्धि नहीं होती है, बल्कि उनकी बातचीत की संभावित ऊर्जा में वृद्धि होती है। आखिरकार, गैस के अणुओं के बीच की औसत दूरी तरल अणुओं के बीच की तुलना में बहुत अधिक है।
संख्यात्मक रूप से एक स्थिर तापमान पर 1 किलो तरल को भाप में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के बराबर मान कहलाता है वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा.
तरल वाष्पीकरण की प्रक्रिया किसी भी तापमान पर होती है, जबकि सबसे तेज़ अणु तरल छोड़ देते हैं, और वाष्पीकरण के दौरान यह ठंडा हो जाता है। वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा के बराबर होती है।
यह मान अक्षर r द्वारा निरूपित किया जाता है और जूल प्रति किलोग्राम (J / kg) में व्यक्त किया जाता है।
पानी के वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा बहुत अधिक होती है: r H20 = 2.256 10 6 J/kg 100 °C के तापमान पर। अन्य तरल पदार्थों में, जैसे अल्कोहल, ईथर, पारा, मिट्टी के तेल में, वाष्पीकरण की विशिष्ट गर्मी पानी की तुलना में 3-10 गुना कम होती है।
द्रव्यमान m के एक द्रव को भाप में बदलने के लिए, ऊष्मा की मात्रा के बराबर की आवश्यकता होती है:
क्यू पी \u003d आरएम। (13.6)
जब भाप संघनित होती है, तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है:
क्यू के \u003d -आरएम। (13.7)
संलयन की विशिष्ट ऊष्मा।
जब एक क्रिस्टलीय पिंड पिघलता है, तो उसे आपूर्ति की जाने वाली सारी गर्मी अणुओं के संपर्क की संभावित ऊर्जा को बढ़ाने के लिए जाती है। अणुओं की गतिज ऊर्जा में परिवर्तन नहीं होता है, क्योंकि गलनांक स्थिर तापमान पर होता है।
संख्यात्मक रूप से 1 किलो वजन वाले क्रिस्टलीय पदार्थ को गलनांक पर द्रव में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के बराबर मान कहलाता है संलयन की विशिष्ट ऊष्माऔर अक्षर द्वारा निरूपित किए जाते हैं।
1 किलो द्रव्यमान वाले पदार्थ के क्रिस्टलीकरण के दौरान, उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है जितनी पिघलने के दौरान अवशोषित होती है।
बर्फ के पिघलने की विशिष्ट ऊष्मा अपेक्षाकृत अधिक होती है: 3.34 10 5 J/kg।
"यदि बर्फ में संलयन की उच्च गर्मी नहीं होती, तो वसंत ऋतु में बर्फ के पूरे द्रव्यमान को कुछ मिनटों या सेकंड में पिघलना पड़ता, क्योंकि गर्मी लगातार हवा से बर्फ में स्थानांतरित हो जाती है। इसके परिणाम भयानक होंगे; क्योंकि वर्तमान स्थिति में भी बड़ी बाढ़ और पानी की बड़ी धाराएँ बर्फ या बर्फ के बड़े समूह के पिघलने से उत्पन्न होती हैं।” आर. ब्लैक, 18वीं सदी
द्रव्यमान m के एक क्रिस्टलीय पिंड को पिघलाने के लिए, ऊष्मा की मात्रा की आवश्यकता होती है:
क्यूपीएल \u003d m। (13.8)
शरीर के क्रिस्टलीकरण के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा बराबर होती है:
क्यू करोड़ = -λm (13.9)
गर्मी संतुलन समीकरण।
एक प्रणाली के भीतर गर्मी विनिमय पर विचार करें जिसमें शुरू में अलग-अलग तापमान वाले कई निकाय होते हैं, उदाहरण के लिए, एक बर्तन में पानी के बीच गर्मी का आदान-प्रदान और एक गर्म लोहे की गेंद को पानी में उतारा जाता है। ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार, एक पिंड द्वारा दी गई ऊष्मा की मात्रा संख्यात्मक रूप से दूसरे द्वारा प्राप्त ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है।
दी गई ऊष्मा की मात्रा को ऋणात्मक माना जाता है, प्राप्त ऊष्मा की मात्रा को धनात्मक माना जाता है। अत: ऊष्मा की कुल मात्रा Q1 + Q2 = 0।
यदि एक पृथक प्रणाली में कई निकायों के बीच गर्मी का आदान-प्रदान होता है, तो
क्यू 1 + क्यू 2 + क्यू 3 + ... = 0. (13.10)
समीकरण (13.10) कहलाता है गर्मी संतुलन समीकरण.
यहाँ Q 1 Q 2, Q 3 - पिंडों द्वारा प्राप्त या दी गई ऊष्मा की मात्रा। ऊष्मा की इन मात्राओं को सूत्र (13.5) या सूत्रों (13.6) - (13.9) द्वारा व्यक्त किया जाता है, यदि पदार्थ के विभिन्न चरण परिवर्तन गर्मी हस्तांतरण (पिघलने, क्रिस्टलीकरण, वाष्पीकरण, संघनन) की प्रक्रिया में होते हैं।
शरीर को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा की गणना कैसे करें, यह जानने के लिए, हम पहले यह निर्धारित करते हैं कि यह किस मात्रा पर निर्भर करता है।
पिछले पैराग्राफ से, हम पहले से ही जानते हैं कि गर्मी की यह मात्रा उस पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करती है जिसमें शरीर होता है (यानी, इसकी विशिष्ट गर्मी क्षमता):
क्यू सी पर निर्भर करता है।
लेकिन वह सब नहीं है।
यदि हम केतली में पानी गर्म करना चाहते हैं ताकि वह केवल गर्म हो जाए, तो हम इसे अधिक समय तक गर्म नहीं करेंगे। और पानी को गर्म करने के लिए, हम इसे अधिक समय तक गर्म करेंगे। लेकिन केतली जितनी देर हीटर के संपर्क में रहेगी, उतनी ही अधिक गर्मी उसे प्राप्त होगी। इसलिए, गर्म करने के दौरान शरीर के तापमान में जितना अधिक परिवर्तन होता है, उतनी ही अधिक गर्मी को उसमें स्थानांतरित किया जाना चाहिए।
मान लें कि शरीर का प्रारंभिक तापमान t प्रारंभिक और अंतिम तापमान - t अंतिम के बराबर है। तब शरीर के तापमान में परिवर्तन अंतर द्वारा व्यक्त किया जाएगा
t = t अंत - t प्रारंभ,
और ऊष्मा की मात्रा इस मान पर निर्भर करेगी:
Q t पर निर्भर करता है।
अंत में, हर कोई जानता है कि हीटिंग, उदाहरण के लिए, 1 किलो पानी गर्म करने से 2 किलो पानी अधिक समय लेता है (और इसलिए, अधिक गर्मी)। इसका अर्थ है कि किसी पिंड को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा उस पिंड के द्रव्यमान पर निर्भर करती है:
क्यू एम पर निर्भर करता है।
तो, गर्मी की मात्रा की गणना करने के लिए, आपको उस पदार्थ की विशिष्ट गर्मी क्षमता, इस शरीर का द्रव्यमान और इसके अंतिम और प्रारंभिक तापमान के बीच के अंतर को जानना होगा।
मान लीजिए, उदाहरण के लिए, यह निर्धारित करना आवश्यक है कि लोहे के हिस्से को 5 किलो के द्रव्यमान के साथ गर्म करने के लिए कितनी गर्मी की आवश्यकता होती है, बशर्ते कि इसका प्रारंभिक तापमान 20 डिग्री सेल्सियस हो और अंतिम तापमान 620 डिग्री सेल्सियस हो।
तालिका 8 से हम पाते हैं कि लोहे की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता c = 460 J/(kg*°C) है। इसका मतलब है कि 1 किलो लोहे को 1 डिग्री सेल्सियस गर्म करने में 460 J लगता है।
5 किलो लोहे को 1 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने में 5 गुना अधिक गर्मी लगेगी, यानी 460 जे * 5 \u003d 2300 जे।
लोहे को 1 डिग्री सेल्सियस से नहीं, बल्कि t = 600 डिग्री सेल्सियस से गर्म करने के लिए, यह 600 गुना अधिक गर्मी लेता है, यानी 2300 जे * 600 = 1,380,000 जे। बिल्कुल वही (मॉड्यूलो) गर्मी की मात्रा जारी की जाएगी और जब यह लोहे को 620 से 20 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है।
इसलिए, शरीर को गर्म करने के लिए या शीतलन के दौरान उसके द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा की मात्रा का पता लगाने के लिए, आपको शरीर की विशिष्ट ऊष्मा को उसके द्रव्यमान और उसके अंतिम और प्रारंभिक तापमान के अंतर से गुणा करना होगा:
जब शरीर को गर्म किया जाता है, तो tcon > टिनी और, इसलिए, Q > 0. जब शरीर को ठंडा किया जाता है, tcon< t нач и, следовательно, Q < 0.
1. उदाहरण दीजिए कि किसी पिंड को गर्म करने पर प्राप्त होने वाली ऊष्मा की मात्रा उसके द्रव्यमान और तापमान में परिवर्तन पर निर्भर करती है। 2. शरीर को गर्म करने के लिए या शीतलन के दौरान उसके द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा की मात्रा की गणना के लिए किस सूत्र का उपयोग किया जाता है?
व्यायाम 81.
Fe की कमी के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना करें 2O3 धातु एल्यूमीनियम यदि 335.1 ग्राम लोहा प्राप्त किया गया था। उत्तर: 2543.1 kJ.
समाधान:
प्रतिक्रिया समीकरण:
\u003d (अल 2 ओ 3) - (Fe 2 O 3) \u003d -1669.8 - (-822.1) \u003d -847.7 kJ
335.1 ग्राम लोहे की प्राप्ति पर निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा की गणना, हम अनुपात से करते हैं:
(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : एक्स; एक्स = (0847.7 .) . 335,1)/ (2 . 55.85) = 2543.1 kJ,
जहां 55.85 लोहे का परमाणु द्रव्यमान है।
उत्तर: 2543.1 केजे.
प्रतिक्रिया का ऊष्मीय प्रभाव
टास्क 82.
एथिलीन सी 2 एच 4 (जी) और जल वाष्प की बातचीत से गैसीय एथिल अल्कोहल सी 2 एच 5 ओएच प्राप्त किया जा सकता है। इस प्रतिक्रिया के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण लिखें, पहले इसके ऊष्मीय प्रभाव की गणना करें। उत्तर: -45.76 केजे।
समाधान:
प्रतिक्रिया समीकरण है:
सी 2 एच 4 (जी) + एच 2 ओ (जी) \u003d सी 2 एच 5 ओएच (जी); = ?
पदार्थों के निर्माण के मानक तापों के मान विशेष तालिकाओं में दिए गए हैं। यह मानते हुए कि साधारण पदार्थों के निर्माण की ऊष्मा को सशर्त रूप से शून्य के बराबर लिया जाता है। प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करें, हेस कानून के परिणाम का उपयोग करके, हम प्राप्त करते हैं:
\u003d (सी 2 एच 5 ओएच) - [ (सी 2 एच 4) + (एच 2 ओ)] \u003d
= -235.1 - [(52.28) + (-241.83)] = - 45.76 kJ
प्रतिक्रिया समीकरण जिसमें उनके एकत्रीकरण या क्रिस्टलीय संशोधन की स्थिति, साथ ही थर्मल प्रभावों के संख्यात्मक मूल्य, रासायनिक यौगिकों के प्रतीकों के पास इंगित किए जाते हैं, थर्मोकेमिकल कहलाते हैं। थर्मोकेमिकल समीकरणों में, जब तक कि यह विशेष रूप से नहीं कहा जाता है, निरंतर दबाव क्यू पी पर थर्मल प्रभाव के मूल्यों को सिस्टम के थैलेपी में परिवर्तन के बराबर दर्शाया जाता है। मान आमतौर पर समीकरण के दाईं ओर दिया जाता है, जिसे अल्पविराम या अर्धविराम से अलग किया जाता है। पदार्थ की समग्र स्थिति के लिए निम्नलिखित संक्षिप्ताक्षर स्वीकार किए जाते हैं: जी- गैसीय, तथा- तरल, प्रति
यदि किसी अभिक्रिया के परिणामस्वरूप ऊष्मा निकलती है, तो< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:
सी 2 एच 4 (जी) + एच 2 ओ (जी) \u003d सी 2 एच 5 ओएच (जी); = - 45.76 केजे।
उत्तर:- 45.76 केजे।
टास्क 83.
निम्नलिखित थर्मोकेमिकल समीकरणों के आधार पर हाइड्रोजन के साथ आयरन (II) ऑक्साइड की कमी प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना करें:
ए) ईईओ (सी) + सीओ (जी) \u003d फे (सी) + सीओ 2 (जी); = -13.18 केजे;
बी) सीओ (जी) + 1/2O 2 (जी) = सीओ 2 (जी); = -283.0 केजे;
सी) एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) = एच 2 ओ (जी); = -241.83 केजे।
उत्तर: +27.99 केजे।
समाधान:
हाइड्रोजन के साथ आयरन ऑक्साइड (II) की कमी के लिए प्रतिक्रिया समीकरण का रूप है:
ईईओ (के) + एच 2 (जी) \u003d फे (के) + एच 2 ओ (जी); = ?
\u003d (H2O) - [ (FeO)
पानी के बनने की गर्मी समीकरण द्वारा दी जाती है
एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) = एच 2 ओ (जी); = -241.83 केजे,
और आयरन ऑक्साइड (II) के गठन की गर्मी की गणना की जा सकती है यदि समीकरण (ए) को समीकरण (बी) से घटाया जाता है।
\u003d (सी) - (बी) - (ए) \u003d -241.83 - [-283.o - (-13.18)] \u003d + 27.99 केजे।
उत्तर:+27.99 केजे।
टास्क 84.
गैसीय हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइऑक्साइड की परस्पर क्रिया के दौरान, जल वाष्प और कार्बन डाइसल्फ़ाइड СS 2 (g) बनते हैं। इस प्रतिक्रिया के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण लिखें, इसके थर्मल प्रभाव की प्रारंभिक गणना करें। उत्तर: +65.43 केजे।
समाधान:
जी- गैसीय, तथा- तरल, प्रति- क्रिस्टलीय। इन प्रतीकों को छोड़ दिया जाता है यदि पदार्थों की कुल स्थिति स्पष्ट है, उदाहरण के लिए, ओ 2, एच 2, आदि।
प्रतिक्रिया समीकरण है:
2 एच 2 एस (जी) + सीओ 2 (जी) \u003d 2 एच 2 ओ (जी) + सीएस 2 (जी); = ?
पदार्थों के निर्माण के मानक तापों के मान विशेष तालिकाओं में दिए गए हैं। यह मानते हुए कि साधारण पदार्थों के निर्माण की ऊष्मा को सशर्त रूप से शून्य के बराबर लिया जाता है। प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना हेस कानून से कोरोलरी ई का उपयोग करके की जा सकती है:
\u003d (एच 2 ओ) + (सीएस 2) - [(एच 2 एस) + (सीओ 2)];
= 2(-241.83) + 115.28 - = +65.43 केजे।
2 एच 2 एस (जी) + सीओ 2 (जी) \u003d 2 एच 2 ओ (जी) + सीएस 2 (जी); = +65.43 केजे।
उत्तर:+65.43 केजे।
थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया समीकरण
कार्य 85.
सीओ (जी) और हाइड्रोजन के बीच प्रतिक्रिया के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण लिखें, जिसके परिणामस्वरूप सीएच 4 (जी) और एच 2 ओ (जी) बनते हैं। यदि सामान्य परिस्थितियों में 67.2 लीटर मीथेन प्राप्त की जाती है, तो इस प्रतिक्रिया के दौरान कितनी गर्मी निकलेगी? उत्तर: 618.48 kJ।
समाधान:
प्रतिक्रिया समीकरण जिसमें उनके एकत्रीकरण या क्रिस्टलीय संशोधन की स्थिति, साथ ही थर्मल प्रभावों के संख्यात्मक मूल्य, रासायनिक यौगिकों के प्रतीकों के पास इंगित किए जाते हैं, थर्मोकेमिकल कहलाते हैं। थर्मोकेमिकल समीकरणों में, जब तक कि यह विशेष रूप से नहीं कहा जाता है, निरंतर दबाव क्यू पी पर थर्मल प्रभाव के मूल्यों को सिस्टम के थैलेपी में परिवर्तन के बराबर दर्शाया जाता है। मान आमतौर पर समीकरण के दाईं ओर दिया जाता है, जिसे अल्पविराम या अर्धविराम से अलग किया जाता है। पदार्थ की समग्र स्थिति के लिए निम्नलिखित संक्षिप्ताक्षर स्वीकार किए जाते हैं: जी- गैसीय, तथा- कुछ प्रति- क्रिस्टलीय। इन प्रतीकों को छोड़ दिया जाता है यदि पदार्थों की कुल स्थिति स्पष्ट है, उदाहरण के लिए, ओ 2, एच 2, आदि।
प्रतिक्रिया समीकरण है:
सीओ (जी) + 3 एच 2 (जी) \u003d सीएच 4 (जी) + एच 2 ओ (जी); = ?
पदार्थों के निर्माण के मानक तापों के मान विशेष तालिकाओं में दिए गए हैं। यह मानते हुए कि साधारण पदार्थों के निर्माण की ऊष्मा को सशर्त रूप से शून्य के बराबर लिया जाता है। प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना हेस कानून से कोरोलरी ई का उपयोग करके की जा सकती है:
\u003d (एच 2 ओ) + (सीएच 4) - (सीओ)];
\u003d (-241.83) + (-74.84) - (-110.52) \u003d -206.16 केजे।
थर्मोकेमिकल समीकरण इस तरह दिखेगा:
22,4 : -206,16 = 67,2 : एक्स; एक्स \u003d 67.2 (-206.16) / 22? 4 \u003d -618.48 केजे; क्यू = 618.48 केजे।
उत्तर: 618.48 केजे।
गठन की गर्मी
कार्य 86.
ऊष्मीय प्रभाव जिसकी प्रतिक्रिया गठन की गर्मी के बराबर होती है। निम्नलिखित थर्मोकेमिकल समीकरणों से NO के गठन की गर्मी की गणना करें:
ए) 4एनएच 3 (जी) + 5ओ 2 (जी) \u003d 4एनओ (जी) + 6एच 2 ओ (जी); = -1168.80 केजे;
बी) 4एनएच 3 (जी) + 3ओ 2 (जी) \u003d 2एन 2 (जी) + 6एच 2 ओ (जी); = -1530.28 केजे
उत्तर: 90.37 केजे।
समाधान:
गठन की मानक गर्मी मानक परिस्थितियों (टी = 298 के; पी = 1.0325.105 पा) के तहत साधारण पदार्थों से इस पदार्थ के 1 मोल के गठन की गर्मी के बराबर है। सरल पदार्थों से NO के निर्माण को निम्न प्रकार से दर्शाया जा सकता है:
1/2N 2 + 1/2O 2 = NO
प्रतिक्रिया (a) जिसमें NO के 4 मोल बनते हैं और प्रतिक्रिया (b) दी गई है जिसमें N2 के 2 मोल बनते हैं। दोनों प्रतिक्रियाओं में ऑक्सीजन शामिल है। इसलिए, NO के गठन की मानक ऊष्मा निर्धारित करने के लिए, हम निम्नलिखित हेस चक्र की रचना करते हैं, अर्थात, हमें समीकरण (a) को समीकरण (b) से घटाना होगा:
इस प्रकार, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = +90.37 केजे।
उत्तर: 618.48 केजे।
टास्क 87.
क्रिस्टलीय अमोनियम क्लोराइड गैसीय अमोनिया और हाइड्रोजन क्लोराइड की परस्पर क्रिया से बनता है। इस प्रतिक्रिया के लिए थर्मोकेमिकल समीकरण लिखें, पहले इसके ऊष्मीय प्रभाव की गणना करें। यदि सामान्य परिस्थितियों में प्रतिक्रिया में 10 लीटर अमोनिया की खपत होती है, तो कितनी गर्मी निकलेगी? उत्तर: 78.97 केजे।
समाधान:
प्रतिक्रिया समीकरण जिसमें उनके एकत्रीकरण या क्रिस्टलीय संशोधन की स्थिति, साथ ही थर्मल प्रभावों के संख्यात्मक मूल्य, रासायनिक यौगिकों के प्रतीकों के पास इंगित किए जाते हैं, थर्मोकेमिकल कहलाते हैं। थर्मोकेमिकल समीकरणों में, जब तक कि यह विशेष रूप से नहीं कहा जाता है, निरंतर दबाव क्यू पी पर थर्मल प्रभाव के मूल्यों को सिस्टम के थैलेपी में परिवर्तन के बराबर दर्शाया जाता है। मान आमतौर पर समीकरण के दाईं ओर दिया जाता है, जिसे अल्पविराम या अर्धविराम से अलग किया जाता है। निम्नलिखित स्वीकार किए जाते हैं प्रति- क्रिस्टलीय। इन प्रतीकों को छोड़ दिया जाता है यदि पदार्थों की कुल स्थिति स्पष्ट है, उदाहरण के लिए, ओ 2, एच 2, आदि।
प्रतिक्रिया समीकरण है:
एनएच 3 (जी) + एचसीएल (जी) \u003d एनएच 4 सीएल (के)। ; = ?
पदार्थों के निर्माण के मानक तापों के मान विशेष तालिकाओं में दिए गए हैं। यह मानते हुए कि साधारण पदार्थों के निर्माण की ऊष्मा को सशर्त रूप से शून्य के बराबर लिया जाता है। प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की गणना हेस कानून से कोरोलरी ई का उपयोग करके की जा सकती है:
\u003d (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315.39 - [-46.19 + (-92.31) = -176.85 केजे।
थर्मोकेमिकल समीकरण इस तरह दिखेगा:
इस प्रतिक्रिया में 10 लीटर अमोनिया की प्रतिक्रिया के दौरान जारी गर्मी अनुपात से निर्धारित होती है:
22,4 : -176,85 = 10 : एक्स; एक्स \u003d 10 (-176.85) / 22.4 \u003d -78.97 केजे; क्यू = 78.97 केजे।
उत्तर: 78.97 केजे।
जैसा कि आप जानते हैं, विभिन्न यांत्रिक प्रक्रियाओं के दौरान, यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है वूमेह। यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तन का माप तंत्र पर लागू बलों का कार्य है:
\(~\डेल्टा W_(मेह) = ए.\)
गर्मी हस्तांतरण के दौरान, शरीर की आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन होता है। ऊष्मा स्थानांतरण के दौरान आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का माप ऊष्मा की मात्रा है।
गर्मी की मात्रागर्मी हस्तांतरण की प्रक्रिया में शरीर को प्राप्त (या देता है) आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन का एक उपाय है।
इस प्रकार, काम और गर्मी की मात्रा दोनों ऊर्जा में परिवर्तन की विशेषता रखते हैं, लेकिन ऊर्जा के समान नहीं हैं। वे स्वयं प्रणाली की स्थिति की विशेषता नहीं रखते हैं, लेकिन जब राज्य बदलता है और अनिवार्य रूप से प्रक्रिया की प्रकृति पर निर्भर करता है, तो एक रूप से दूसरे (एक शरीर से दूसरे शरीर में) ऊर्जा संक्रमण की प्रक्रिया निर्धारित करता है।
काम और गर्मी की मात्रा के बीच मुख्य अंतर यह है कि कार्य प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा को बदलने की प्रक्रिया की विशेषता है, साथ में एक प्रकार से दूसरे प्रकार (यांत्रिक से आंतरिक) में ऊर्जा के परिवर्तन के साथ। गर्मी की मात्रा ऊर्जा परिवर्तनों के साथ नहीं, एक शरीर से दूसरे शरीर में (अधिक गर्म से कम गर्म तक) आंतरिक ऊर्जा के हस्तांतरण की प्रक्रिया की विशेषता है।
अनुभव से पता चलता है कि किसी पिंड को द्रव्यमान के साथ गर्म करने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा एमतापमान टी 1 से तापमान टी 2 की गणना सूत्र द्वारा की जाती है
\(~Q = सेमी (T_2 - T_1) = सेमी \डेल्टा टी, \qquad (1)\)
कहाँ पे सी- पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता;
\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)
विशिष्ट ऊष्मा का SI मात्रक जूल प्रति किलोग्राम-केल्विन (J/(kg K)) है।
विशिष्ट ऊष्मा सीसंख्यात्मक रूप से ऊष्मा की मात्रा के बराबर होती है जिसे 1 किलो द्रव्यमान के पिंड को 1 K तक गर्म करने के लिए दिया जाना चाहिए।
ताप की गुंजाइशतन सी T संख्यात्मक रूप से शरीर के तापमान को 1 K से बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा के बराबर है:
\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = सेमी.\)
किसी पिंड की ऊष्मा क्षमता की SI इकाई जूल प्रति केल्विन (J/K) है।
एक स्थिर तापमान पर एक तरल को वाष्प में बदलने के लिए आवश्यक ऊष्मा की मात्रा है
\(~क्यू = एलएम, \qquad (2)\)
कहाँ पे ली- वाष्पीकरण की विशिष्ट ऊष्मा। जब भाप संघनित होती है, तो उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है।
एक द्रव्यमान के साथ एक क्रिस्टलीय शरीर को पिघलाने के लिए एमगलनांक पर, शरीर को गर्मी की मात्रा की रिपोर्ट करना आवश्यक है
\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)
कहाँ पे λ - संलयन की विशिष्ट ऊष्मा। किसी पिंड के क्रिस्टलीकरण के दौरान उतनी ही मात्रा में ऊष्मा निकलती है।
ईंधन द्रव्यमान के पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा एम,
\(~क्यू = क्यूएम, \qquad (4)\)
कहाँ पे क्यू- दहन की विशिष्ट ऊष्मा।
वाष्पीकरण, पिघलने और दहन की विशिष्ट ऊष्मा की SI इकाई जूल प्रति किलोग्राम (J/kg) है।
साहित्य
हाई स्कूल में अक्सेनोविच एल.ए. फिजिक्स: थ्योरी। कार्य। टेस्ट: प्रो. सामान्य प्रदान करने वाले संस्थानों के लिए भत्ता। वातावरण, शिक्षा / एल.ए. अक्सनोविच, एन.एन. रकीना, के.एस. फ़ारिनो; ईडी। के एस फरिनो। - एमएन .: अदुकात्सिया और व्यखवन्ने, 2004. - सी। 154-155।