Глосарій

Густина водяної пари в повітрі (г/м³) або парціальний тиск водяної пари (Па, кПа). Характеризує кількісний вміст водяної пари в одиниці об'єму повітря.

Температура, виміряна за шкалою Кельвіна, яка відраховується від абсолютного нуля. Позначається T, одиниця — кельвін (К). Пов'язана з температурою за Цельсієм співвідношенням T = t + 273.

Найнижча можлива межа температури, 0 К, що приблизно дорівнює -273 °C. За абсолютного нуля тепловий рух молекул припиняється. Ця температура недосяжна згідно з третім законом термодинаміки.

Процес, що відбувається без теплообміну з навколишнім середовищем (Q = 0). За першим законом термодинаміки A = −ΔU: газ виконує роботу за рахунок внутрішньої енергії (розширення охолоджує, стиснення нагріває).

Тверде тіло, у якого частинки розташовані лише з ближнім порядком — упорядкованість зберігається тільки серед найближчих сусідів. Аморфні тіла не мають певної температури плавлення (поступово розм'якшуються) та ізотропні.

Залежність фізичних властивостей (механічних, теплових, оптичних, електричних) твердого тіла від напряму в просторі. Властива монокристалам через упорядковану будову кристалічної ґратки.

Броунівський рух — це безладний рух видимих у мікроскоп твердих частинок, завислих у рідині чи газі, спричинений нескомпенсованими ударами молекул середовища. Він є непрямим доказом хаотичного руху молекул, але самі молекули в оптичний мікроскоп не видно.

Взаємодія молекул — це одночасна дія сил притягання й відштовхування між молекулами, яка залежить від відстані між ними. На відстані, що дорівнює діаметру молекули, сили врівноважуються; на меншій відстані переважає відштовхування, на більшій — притягання, яке швидко спадає.

Процес переходу речовини з рідкого стану в газоподібний (пару), що відбувається з поверхні рідини за будь-якої температури. Супроводжується охолодженням рідини, оскільки її залишають найшвидші молекули.

Вид теплопередачі, за якого енергія передається електромагнітними хвилями. Єдиний вид теплопередачі, що може відбуватися у вакуумі (наприклад, тепло від Сонця до Землі).

Відносна вологість повітря φ — це відношення парціального тиску водяної пари в повітрі до тиску насиченої пари за тієї самої температури, виражене у відсотках: φ = (p/p_нас)·100 %. Також може бути виражена через густину пари.

Безрозмірна величина, що дорівнює відношенню абсолютного видовження до початкової довжини тіла: ε = Δl/l₀. Часто виражається у відсотках.

Уявний пристрій, який виконував би механічну роботу без затрат енергії. Перший закон термодинаміки доводить його неможливість: без припливу теплоти (Q = 0) робота може виконуватись лише за рахунок зменшення внутрішньої енергії, яка скінченна.

Сума кінетичної енергії хаотичного (теплового) руху частинок тіла й потенціальної енергії їхньої взаємодії. Механічна енергія може переходити у внутрішню через роботу сил тертя (нагрівання). У замкненій системі повна енергія (механічна + внутрішня) зберігається.

Гіпербола — крива лінія, якою зображують ізотермічний процес у координатах p–V. Її рівняння: pV = const. Чим вища температура, тим далі від осей координат розташована гіпербола.

Тепловий двигун, у якому пальне згоряє безпосередньо всередині циліндра. Працює в чотири такти: впуск, стиск, робочий хід, випуск. Буває бензиновим (запалювання від іскри) і дизельним (запалювання від стискання).

Деформація — це зміна форми або розмірів тіла під дією зовнішніх сил, що призводить до зміни взаємного розташування частинок тіла.

Дифузія — це самочинне взаємне проникнення речовин, що дотикаються, унаслідок хаотичного руху молекул. Швидкість дифузії зростає з підвищенням температури; у газах вона найбільша, у рідинах менша, у твердих тілах дуже повільна.

Закон ідеального газу для ізотермічного процесу: для газу сталої маси за сталої температури добуток тиску на об'єм є сталою величиною (pV = const). Відкритий Робертом Бойлем (1662) і незалежно Едмом Маріоттом (1676).

Закон ідеального газу для ізобарного процесу: для газу сталої маси за сталого тиску об'єм прямо пропорційний абсолютній температурі (V/T = const). Відкритий Жозефом Луї Гей-Люссаком на початку XIX століття.

Закон ідеального газу для ізохорного процесу: для газу сталої маси за сталого об'єму тиск прямо пропорційний абсолютній температурі (p/T = const). Відкритий Жаком Шарлем наприкінці XVIII століття.

Явище, за якого рідина розтікається по поверхні твердого тіла, оскільки сили притягання між молекулами рідини та твердого тіла сильніші, ніж між молекулами самої рідини. Змочувальна рідина в капілярі піднімається, утворюючи вгнутий меніск.

Фізична модель газу, в якій молекули вважають матеріальними точками, що не взаємодіють на відстані, а зіштовхуються між собою та зі стінками посудини абсолютно пружно. Реальний газ близький до ідеального за умов розрідження та не надто низьких температур.

Ізобара — лінія на графіку, що відповідає ізобарному процесу, у якому тиск газу p залишається сталою величиною. У координатах p–V ізобара — горизонтальний відрізок; у V–T — пряма через початок координат.

Процес збільшення об'єму газу за сталого тиску (p = const). Робота газу при цьому додатна й обчислюється за формулою A = p·ΔV = ν·R·ΔT.

Процес зміни стану газу сталої маси, який відбувається за сталого тиску. Для ізобарного процесу виконується закон Гей-Люссака: V/T = const або V₁/T₁ = V₂/T₂.

Ізотерма — лінія на графіку, що відповідає ізотермічному процесу, у якому температура газу T залишається сталою. У координатах p–V ізотерма має вигляд гіперболи (pV = const).

Процес зміни стану газу сталої маси, який відбувається за сталої температури. Для ізотермічного процесу виконується закон Бойля–Маріотта: pV = const або p₁V₁ = p₂V₂.

Однаковість фізичних властивостей (механічних, теплових, оптичних, електричних) твердого тіла в усіх напрямках. Властива аморфним тілам і полікристалам.

Ізохора — лінія на графіку, що відповідає ізохорному процесу, у якому об'єм газу V залишається сталим. У координатах p–V ізохора — вертикальний відрізок; у p–T — пряма через початок координат.

Процес зміни стану газу сталої маси, який відбувається за сталого об'єму. Для ізохорного процесу виконується закон Шарля: p/T = const або p₁/T₁ = p₂/T₂.

Теплоізольована посудина, у якій проводять досліди з теплообміну. Його стінки не пропускають теплоту назовні. Якщо дано теплоємність калориметра C (Дж/К), її враховують у рівнянні теплового балансу як доданок C·(t − t₀).

Калорія (кал) — позасистемна одиниця кількості теплоти. Спочатку її означили як кількість теплоти, потрібну для нагрівання 1 г води на 1 °C. Співвідношення з джоулем: 1 кал ≈ 4,19 Дж. У дієтології використовують кілокалорію (1 ккал ≈ 4190 Дж).

Вузька трубка радіусом порядку частки міліметра, у якій спостерігається підняття або опускання рідини відносно рівня в широкій посудині залежно від змочування.

Підняття або опускання рідини у вузьких трубках (капілярах) і пористих тілах, зумовлене поверхневим натягом і змочуванням. Описується формулою h = 2σ/(ρgr) для висоти підняття.

Одиниця вимірювання температури в абсолютній шкалі (шкалі Кельвіна). Позначається К. Один кельвін дорівнює одному градусу Цельсія: зміна температури на 1 К дорівнює зміні на 1 °C.

Інтенсивне пароутворення, що відбувається в усьому об'ємі рідини за певної температури (температури кипіння), коли тиск насиченої пари в бульбашках стає рівним зовнішньому тискові. Під час кипіння температура рідини залишається сталою.

Фізична величина, що показує число структурних частинок (атомів, молекул, йонів) у зразку, порівняно зі сталою Авогадро. Позначається ν, одиниця в СІ — моль. Обчислюється за формулами ν = m / M або ν = N / Nₐ.

Міра енергії, яку тіло отримує або віддає в процесі теплопередачі. Позначають літерою Q, вимірюють у джоулях. На відміну від внутрішньої енергії U, яка характеризує стан тіла, кількість теплоти Q характеризує процес.

Температура, якої досягають усі тіла в теплоізольованій системі після завершення теплообміну. Без фазових переходів вона лежить між найменшою і найбільшою початковими температурами.

Коефіцієнт корисної дії, що дорівнює відношенню корисної роботи A до теплоти Qн, отриманої від нагрівника: η = A/Qн = (Qн − Qх)/Qн. Завжди менший за 100 %.

Вид теплопередачі, за якого енергія переноситься потоками самої речовини — нагріті шари рідини або газу піднімаються вгору, а холодні опускаються. Відбувається тільки в рідинах і газах.

Процес переходу речовини з газоподібного стану (пари) в рідкий. Відбувається під час охолодження пари або підвищення тиску. Під час конденсації теплота виділяється.

Число молекул (або інших структурних частинок) в одиниці об'єму. Позначається n, обчислюється за формулою n = N / V. Одиниця в СІ — м⁻³.

Те саме, що й тверднення: перехід речовини з рідкого стану в твердий кристалічний з виділенням теплоти.

Тверде тіло, частинки якого (атоми, йони або молекули) розташовані впорядковано в кристалічній ґратці, що повторюється в усьому об'ємі (далекий порядок). Кристалічні тіла мають певну температуру плавлення.

Теоретична межа ККД теплового двигуна, що працює між температурами Tн і Tх: ηmax = (Tн − Tх)/Tн = 1 − Tх/Tн (цикл Карно). Температури беруть у кельвінах.

Максимальна механічна напруга, яку може витримати зразок матеріалу перед руйнуванням. На діаграмі розтягу це найвища точка графіка залежності σ(ε).

Вигнута поверхня рідини в місці контакту зі стінками посудини. Для води меніск увігнутий — рівень читають за нижнім краєм. Для ртуті меніск опуклий — рівень читають за верхнім краєм.

Фізична величина, що дорівнює відношенню сили, яка діє перпендикулярно до поперечного перерізу тіла, до площі цього перерізу: σ = F/S. Одиниця вимірювання — паскаль (Па).

Фізична величина, що характеризує пружні властивості матеріалу. Чисельно дорівнює механічній напрузі, яка викликала б одиничне відносне видовження за умови виконання закону Гука. Одиниця — паскаль (Па).

Молекулярно-кінетична теорія (МКТ) — це вчення про будову й властивості речовини, яке пояснює макроскопічні явища через рух і взаємодію величезної кількості частинок (атомів, молекул, йонів). Три основні положення МКТ: речовина складається з частинок із проміжками між ними; частинки безперервно хаотично рухаються; частинки взаємодіють між собою.

Одиниця кількості речовини в СІ. Один моль містить стільки структурних частинок, скільки атомів міститься в 0,012 кг вуглецю-12, тобто Nₐ ≈ 6,02·10²³ частинок.

Маса одного моля речовини. Позначається M, одиниця в СІ — кг/моль. Чисельно дорівнює відносній молекулярній масі Mr, помноженій на 10⁻³ кг/моль: M = Mr · 10⁻³ кг/моль.

Об'єм, який займає один моль ідеального газу за даних умов. За нормальних умов (p₀ = 101 325 Па, T₀ = 273 К) молярний об'єм V_m ≈ 22,4 л/моль для будь-якого газу.

Одне ціле кристалічне тіло, у якому кристалічна ґратка неперервна й не має внутрішніх меж. Монокристали анізотропні — їхні механічні, оптичні, теплові та електричні властивості залежать від напряму.

Нагрівник — тіло або пристрій, що передає теплоту іншим тілам. Електричний нагрівник перетворює електричну енергію на теплоту; без урахування втрат він виділяє Q = P·t, де P — його потужність. У тепловому двигуні нагрівник — тіло або система з високою температурою (камера згоряння, котел, ядерний реактор), від якої робоче тіло отримує кількість теплоти Qн.

Пара, що перебуває в динамічній рівновазі зі своєю рідиною: скільки молекул випаровується з рідини, стільки ж конденсується назад за одиницю часу. Її тиск залежить лише від температури й не залежить від об'єму.

Пара, густина якої менша за густину насиченої пари за тієї самої температури. Вона не перебуває в динамічній рівновазі з рідиною і з достатньою точністю підпорядковується газовим законам (ідеального газу, Бойля-Маріотта тощо).

Процес, який може самочинно відбуватися лише в одному напрямку; для повернення системи у вихідний стан потрібне виконання роботи, і в навколишніх тілах залишаються зміни. Приклади: теплопередача від гарячого до холодного, дифузія, тертя, розширення газу в порожнечу.

Стандартний набір параметрів газу: тиск p₀ = 101 325 Па (1 атм) і температура T₀ = 273 К (0 °C). За нормальних умов молярний об'єм будь-якого ідеального газу становить 22,4 л/моль.

Закон, згідно з яким для сталої маси газу відношення добутку тиску на об'єм до абсолютної температури є незмінним: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂. Охоплює закони Бойля-Маріотта, Гей-Люссака і Шарля.

Процес, після якого систему можна повернути у вихідний стан так, що в навколишніх тілах не залишиться жодних змін. У реальному світі всі теплові процеси необоротні; оборотними можна вважати лише ідеалізовані моделі, як-от маятник без тертя у вакуумі.

Рівняння, що пов'язує тиск ідеального газу з мікроскопічними параметрами: p = (1/3)·m₀·n·v² = (2/3)·n·Ē, де m₀ — маса молекули, n — концентрація, v — середня квадратична швидкість, Ē — середня кінетична енергія молекули.

Підвищення температури нижніх шарів атмосфери через те, що парникові гази (CO₂, CH₄ та ін.) пропускають сонячне випромінювання до Землі, але затримують теплове випромінювання від поверхні. Основним джерелом CO₂ є спалювання палива в теплових машинах і на ТЕС.

Закон збереження енергії для теплових процесів: кількість теплоти Q, передана газу, витрачається на зміну його внутрішньої енергії ΔU та на виконання газом роботи A: Q = ΔU + A.

Питома теплоємність c — це фізична величина, яка показує, яку кількість теплоти потрібно передати 1 кг речовини, щоб нагріти її на 1 К. Одиниця в СІ — Дж/(кг·К). Питома теплоємність є характеристикою речовини й не залежить від маси тіла.

Фізична величина q, яка показує, скільки теплоти виділяється під час повного згоряння 1 кг палива. Вимірюється в Дж/кг. Повна теплота згоряння: Q = q·m.

Фізична величина, яка показує, яку кількість теплоти потрібно передати 1 кг рідини, щоб перетворити її на пару за температури кипіння. Позначається літерою r, одиниця вимірювання в СІ — Дж/кг. Для води r ≈ 2,3·10⁶ Дж/кг.

Фізична величина, що дорівнює кількості теплоти, необхідної для плавлення 1 кг кристалічної речовини, взятої за температури плавлення. Позначається літерою λ (лямбда), одиниця в СІ — Дж/кг.

Перехід речовини з твердого стану в рідкий під час нагрівання. Для кристалічних тіл відбувається за сталої температури (температури плавлення).

Площа фігури між графіком y(x), віссю x і межами проміжку, узята зі знаком (ділянки під віссю x дають від'ємний внесок); відповідає накопиченій фізичній величині. Для vₓ(t) дає переміщення, для Fₓ(x) і p(V) — роботу, для I(t) — перенесений заряд. Одиниця площі — добуток одиниць осей.

Явище, зумовлене прагненням поверхневого шару рідини скоротитися до мінімальної площі через те, що молекули на поверхні відчувають притягання лише від молекул усередині рідини. Кількісно характеризують коефіцієнтом σ.

Тверде тіло, що складається з великої кількості дрібних, довільно орієнтованих кристалічних зерен (кристалітів). Полікристали ізотропні (анізотропія окремих зерен усереднюється), але мають певну температуру плавлення, як і монокристали тієї самої речовини.

Пружна деформація — це деформація, яка повністю зникає після припинення дії зовнішньої сили, і тіло повертається до початкової форми.

Прилад для вимірювання відносної вологості повітря. Складається з двох термометрів: сухого (вимірює температуру повітря) і вологого (обгорнутий змоченою тканиною). За різницею їхніх показів і психрометричною таблицею визначають відносну вологість.

Співвідношення, яке пов'язує тиск, об'єм і температуру ідеального газу: pV = νRT = (m/M)RT. Для сталої маси газу виконується об'єднаний газовий закон p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂.

У теплоізольованій системі кількість теплоти, віддана гарячішими тілами, дорівнює кількості теплоти, отриманій холоднішими: Q_віддана = Q_отримана. Алгебраїчна форма: ΣQᵢ = 0, де Qᵢ має знак «+» для отриманої теплоти і «−» для відданої.

Робота, яку виконує газ під час зміни свого об'єму, переміщуючи поршень або інші зовнішні тіла. Чисельно дорівнює добутку тиску на зміну об'єму A = pΔV для ізобарного процесу або площі під графіком p(V) в загальному випадку. Додатна під час розширення, від'ємна під час стиснення.

Робота, яку виконують зовнішні тіла над газом. Позначається A' і дорівнює −A, де A — робота газу. Додатна під час стиснення газу, від'ємна під час його розширення.

Перехід теплоти від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою, який відбувається без зовнішнього втручання. Напрям самочинної теплопередачі визначає другий закон термодинаміки: від гарячого до холодного, а не навпаки.

Корінь квадратний із середнього значення квадрата швидкості молекул: v = √⟨v²⟩, де ⟨v²⟩ — середнє значення v². Обчислюється за формулами v = √(3kT/m₀) = √(3RT/M). Характеризує середню кінетичну енергію поступального руху молекул газу.

Середня енергія поступального руху однієї молекули: Ē = m₀v²/2. Для ідеального газу пов'язана з температурою: Ē = (3/2)kT, де k — стала Больцмана, T — абсолютна температура.

Сила, що діє вздовж поверхні рідини перпендикулярно до лінії, яка обмежує цю поверхню. Обчислюється за формулою F = σ·l, де l — довжина межі; для плівки з двома поверхнями F = 2σ·l.

Фундаментальна фізична стала, що дорівнює числу структурних частинок в одному молі будь-якої речовини. Позначається Nₐ, наближене значення 6,02·10²³ моль⁻¹. Точне значення в СІ: 6,02214076·10²³ моль⁻¹.

Фундаментальна фізична стала, що пов'язує температуру із середньою кінетичною енергією молекул: k ≈ 1,38·10⁻²³ Дж/К. Визначається як k = R/Nₐ, де R — універсальна газова стала, Nₐ — стала Авогадро.

Перехід речовини з рідкого стану в твердий (кристалічний), зворотний до плавлення. Відбувається за тієї самої температури, що й плавлення, з виділенням теплоти.

Фізична величина, що характеризує тепловий стан тіла. У молекулярно-кінетичній теорії температура є мірою середньої кінетичної енергії поступального руху молекул. Вимірюється в градусах Цельсія (°C) або кельвінах (К).

Температура, за якої рідина кипить за даного зовнішнього тиску. Залежить від роду рідини та зовнішнього тиску: чим більший тиск, тим вища температура кипіння. За нормального атмосферного тиску вода кипить за 100 °C.

Стала температура, за якої кристалічна речовина плавиться або твердне за даного тиску. Для льоду це 0 °C, для олова — 232 °C, для свинцю — 327 °C.

Стан, у якому теплопередача між тілами припиняється, а їхні температури стають однаковими. Тіла з різною температурою обмінюються теплотою, доки температури не вирівняються.

Надходження відпрацьованої теплоти від теплових машин, ТЕС, АЕС та промислових підприємств у навколишнє середовище (повітря, водойми), що призводить до локального підвищення температури та зміни екосистем.

Пристрій, що перетворює внутрішню енергію палива на механічну роботу. Складається з нагрівника, робочого тіла (газ або пара) і холодильника.

Тепловий рух — це безперервний хаотичний рух частинок (атомів, молекул, йонів), з яких складається речовина. Його інтенсивність зростає з підвищенням температури; у газах це прямолінійний рух зі зіткненнями, у рідинах — перескоки, у твердих тілах — коливання біля положень рівноваги.

Теплоємність тіла C — це кількість теплоти, потрібна для нагрівання всього тіла на 1 К. Вона дорівнює добутку питомої теплоємності речовини на масу тіла: C = c·m. Одиниця в СІ — Дж/К. На відміну від питомої теплоємності, теплоємність тіла залежить від маси.

Система, яка не обмінюється теплотою з навколишнім середовищем. У такій системі вся теплота, віддана одними тілами, повністю поглинається іншими, тому виконується рівняння теплового балансу.

Процес передавання внутрішньої енергії від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою без виконання роботи. Відбувається трьома способами: теплопровідністю, конвекцією та випромінюванням.

Вид теплопередачі, за якого енергія передається від однієї частинки до іншої без їхнього переміщення. Найкраще теплопровідність виражена в металах, найгірше — у газах і пористих матеріалах.

Макроскопічна величина, що дорівнює силі, яка діє на одиницю площі стінки посудини. З погляду МКТ — результат сумарної дії ударів молекул об стінку. В ідеальному газі однаковий у всіх напрямках і не залежить від форми посудини.

Температура, до якої треба охолодити повітря за сталого тиску, щоб водяна пара в ньому стала насиченою (відносна вологість досягла 100 %). За нижчої температури надлишок пари конденсується.

Фізична стала R ≈ 8,31 Дж/(моль·К), яка входить у рівняння стану ідеального газу. Однакова для всіх газів. Пов'язана зі сталою Больцмана співвідношенням R = k·Nₐ.

Агрегатний стан речовини (твердий, рідкий, газоподібний). Під час теплообміну може змінюватися: лід плавиться, вода випаровується або конденсується пара. Перед розв'язуванням рівняння теплового балансу треба перевірити, чи відбудеться фазовий перехід повністю.

Пристрій, який за рахунок виконання роботи (компресор) переносить теплоту від холоднішого тіла (холодильна камера) до гарячішого (навколишнє середовище). Холодильна машина не порушує другий закон термодинаміки, бо для перенесення теплоти виконується робота.

Середовище з нижчою температурою, якому робоче тіло віддає частину теплоти Qх, щоб повернутися у вихідний стан. Наприклад, атмосферне повітря, вода в радіаторі, річкова вода.

Замкнена послідовність термодинамічних процесів, після якої газ повертається в початковий стан. Робота газу за цикл дорівнює площі, обмеженій контуром на діаграмі p–V, і є додатною за обходу за годинниковою стрілкою.