Формулата за количеството топлина. Решаване на задачи за изчисляване на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото или отделено от него при охлаждане

Контурен план

открит урокфизика в 8 "Е" клас

MOU гимназия № 77, о. Толиати

учители по физика

Иванова Мария Константиновна

Тема на урока:

Решаване на задачи за изчисляване на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото или отделено от него при охлаждане.

Датата на:

Целта на урока:

    да развият практически умения за изчисляване на количеството топлина, необходимо за отопление и отделено при охлаждане;

    развиват умения за броене, подобряват логическите умения при анализиране на сюжета на проблемите, решаване на качествени и изчислителни проблеми;

    да култивират способността да работят по двойки, да уважават мнението на опонента и да защитават своята гледна точка, да бъдат внимателни при изпълнение на задачи по физика.

Оборудване на урока:

    компютър, проектор, презентация по темата (Приложение № 1), материали от единна колекция от цифрови образователни ресурси.

Тип урок:

    решаване на проблеми.

„Пъхнете пръста си в пламъка от кибрит и ще изпитате усещане, което не е равно на небето или на земята; обаче всичко, което се е случило, е просто резултат от сблъсъци на молекули.

Дж. Уилър

По време на часовете:

    Организиране на времето

    Поздрав към учениците.

    Проверка за отсъстващи ученици.

    Представяне на темата и целите на урока.

    Проверка на домашните.

1.Фронтално проучване

    Какъв е специфичният топлинен капацитет на дадено вещество? (Слайд #1)

    Каква е единицата за специфичен топлинен капацитет на вещество?

    Защо водните тела замръзват бавно? Защо ледът не напуска реките и особено езерата дълго време, въпреки че времето е топло от дълго време?

    Защо на Черноморско крайбрежиеКавказ дори през зимата е достатъчно топъл?

    Защо много метали се охлаждат значително? по-бързо от водата? (Слайд #2)

2. Индивидуално проучване (карти с многостепенни задачи за няколко ученика)

    Проучване на нова тема.

1. Повторение на понятието количество топлина.

Количество топлина- количествена мярка за промяната на вътрешната енергия по време на пренос на топлина.

Количеството топлина, погълната от тялото, се счита за положително, а количеството отделена топлина е отрицателно. Изразът „тялото има определено количество топлина“ или „тялото съдържа (съхранява) известно количество топлина“ няма смисъл. Количеството топлина може да бъде получено или отдадено във всеки процес, но не може да бъде притежавано.

По време на топлообмен на границата между телата бавно движещи се молекули на студено тяло взаимодействат с бързо движещи се молекули на горещо тяло. В резултат на това кинетичните енергии на молекулите се изравняват и скоростите на молекулите на студено тяло се увеличават, а на горещо тяло намаляват.

При топлообмен няма преобразуване на енергия от една форма в друга; част от вътрешната енергия на горещо тяло се прехвърля към студено тяло.

2. Формулата за количеството топлина.

Извличаме работеща формула за решаване на задачи за изчисляване на количеството топлина: Q = см ( т 2 - т 1 ) - писане на дъската и в тетрадките.

Откриваме, че количеството топлина, отдадено или получено от тялото, зависи от начална температуратяло, неговата маса и специфичен топлинен капацитет.

В практиката често се използват топлинни изчисления. Например, при изграждането на сгради е необходимо да се вземе предвид колко топлина трябва да даде цялата отоплителна система на сградата. Трябва също да знаете колко топлина ще отиде в околното пространство през прозорци, стени, врати.

3 . Зависимостта на количеството топлина от различни величини . (Слайдове #3, #4, #5, #6)

4 . Специфична топлина (Слайд номер 7)

5. Единици за измерване на количеството топлина (Слайд номер 8)

6. Пример за решаване на задача за изчисляване на количеството топлина (Слайд номер 10)

7. Решаване на задачи за изчисляване на количеството топлина на дъската и в тетрадките

Освен това установяваме, че ако се извършва топлообмен между телата, тогава вътрешната енергия на всички нагревателни тела се увеличава с толкова, колкото намалява вътрешната енергия на охлаждащите тела. За целта използваме примерна решена задача от § 9 на учебника.

Динамична пауза.

IV. Затвърдяване на изучения материал.

1. Въпроси за самоконтрол (Слайд номер 9)

2. Решаване на проблеми с качеството:

    Защо в пустините през деня е горещо, а през нощта температурата пада под 0°C? (Пясъкът има нисък специфичен топлинен капацитет, така че бързо се нагрява и охлажда.)

    Парче олово и парче стомана с еднаква маса бяха ударени с чук същото числоведнъж. Кое парче стана по-горещо? Защо? (Парчето олово се нагрява повече, тъй като специфичният топлинен капацитет на оловото е по-малък.)

    Защо железните печки затоплят помещението по-бързо от тухлените печки, но не остават топли толкова дълго? (Специфичният топлинен капацитет на медта е по-малък от този на тухлата.)

    Медни и стоманени тежести с еднаква маса получават равни количества топлина. Коя тежест ще промени най-много температурата? (При мед, защото специфичният топлинен капацитет на медта е по-малък.)

    Какво консумира повече енергия: загряване на вода или загряване на алуминиев съд, ако масите им са еднакви? (За отопление на вода, тъй като специфичният топлинен капацитет на водата е голям.)

    Както знаете, желязото има по-висок специфичен топлинен капацитет от медта. Следователно жило, направено от желязо, би имало по-голям запас от вътрешна енергия от същото жило, направено от мед, ако техните маси и температури са еднакви. Защо, въпреки това, върховете на поялника са направени от мед? (Медта има висока топлопроводимост.)

    Известно е, че топлопроводимостта на метала е много по-голяма от топлопроводимостта на стъклото. Защо тогава калориметрите са направени от метал, а не от стъкло? (Металът има висока топлопроводимост и ниска специфична топлина, поради което температурата вътре в калориметъра бързо се изравнява и малко топлина се изразходва за нагряването му. В допълнение, излъчването на метал е много по-малко от излъчването на стъкло, което намалява загубата на топлина.)

    Известно е, че рохкавият сняг предпазва добре почвата от замръзване, тъй като съдържа много въздух, който е лош проводник на топлина. Но в края на краищата дори слоеве въздух граничат с почвата, която не е покрита със сняг. Защо тогава тя не замръзва много в този случай? (Въздухът, в контакт с непокритата със сняг почва, е постоянно в движение, смесен. Този движещ се въздух отнема топлината от земята и увеличава изпарението на влагата от нея. Въздухът, който се намира между частиците сняг, е неактивен и като лош проводник на топлина предпазва земята от замръзване.)

3. Решение на изчислителни задачи

Първите две задачи се решават от силно мотивирани ученици на дъската с колективен разговор. Намираме правилните подходи в разсъжденията и решаването на проблеми.

Задача №1.

При нагряване на парче мед от 20 ° C до 170 ° C са изразходвани 140 000 J топлина. Определете масата на медта.

Задача №2

Какъв е специфичният топлинен капацитет на течност, ако са необходими 150 000 J за нагряване на 2 литра от нея с 20 ° C. Плътността на течността е 1,5 g / cm³

Учениците отговарят по двойки на следните въпроси:

Задача номер 3.

Две медни топки с маса m ои 4м онагрят така, че и двете топки да получат еднакво количество топлина. В същото време голямата топка се нагрява с 5 ° C. Колко се нагрява топката с по-малка маса?

Задача номер 4.

Колко топлина се отделя, когато 4 m³ лед се охладят от 10°C до -40°C?

Задача номер 5.

В какъв случай е необходимо да се нагреят две вещества голямо количествотоплина, ако нагряването на две вещества е еднакво ∆ т 1 = ∆т 2 Първото вещество е тухла с маса 2 kg и s = 880 J / kg ∙ ° C, а месингът - маса 2 kg и s \u003d 400 J / kg ∙ ° C

Задача номер 6.

Стоманен прът с маса 4 kg се нагрява. В този случай са изразходвани 200 000 J топлина. Определете крайната телесна температура, ако първоначалната температура е такава т 0 = 10°C

Когато учениците сами решават задачи, естествено е да възникват въпроси. Най-често задаваните въпроси се обсъждат колективно. На тези въпроси, които са от частен характер, се дава индивидуален отговор.

    Отражение. Поставяне на знаци.

Учител: И така, момчета, какво научихте в урока днес и какво ново научихте?

Примерни отговори на ученици :

    Разработени умения за решаване на качествени и изчислителни задачи по темата „Изчисляване на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото и отделено при охлаждане“.

    На практика се убедихме как се припокриват и свързват предмети като физика и математика.

    Домашна работа:

    Решете задачи № 1024, 1025 от сборника със задачи на В.И. Лукашик, Е. В. Иванова.

    Самостоятелно измислете задача за изчисляване на количеството топлина, необходимо за загряване на тялото или отделено от него при охлаждане.

Какво се загрява по-бързо на печката - чайник или кофа с вода? Отговорът е очевиден - чайник. Тогава вторият въпрос е защо?

Отговорът е не по-малко очевиден - защото масата на водата в чайника е по-малка. Отлично. И сега можете да направите най-истинското физическо изживяване сами у дома. За да направите това, ще ви трябват две еднакви малки тенджери, еднакво количество вода и растително масло, примерно половин литър и котлон. Сложете тенджери с масло и вода на същия огън. А сега само гледайте какво ще загрее по-бързо. Ако има термометър за течности може да го използвате, ако няма може просто да пробвате температурата от време на време с пръст, само внимавайте да не се изгорите. Във всеки случай скоро ще видите, че маслото се загрява значително по-бързо от водата. И още един въпрос, който също може да се приложи под формата на опит. Кое завира по-бързо - топлата вода или студената? Отново всичко е очевидно – топлият ще свърши първи. Защо всички тези странни въпроси и експерименти? За да се определи физическото количество, наречено "количество топлина".

Количество топлина

Количеството топлина е енергията, която тялото губи или печели по време на пренос на топлина. Това става ясно от името. При охлаждане тялото ще загуби известно количество топлина, а при нагряване ще поеме. И отговорите на нашите въпроси ни показаха от какво зависи количеството топлина?Първо, колкото по-голяма е масата на тялото, толкова по-голямо количество топлина трябва да се изразходва, за да се промени температурата му с един градус. На второ място, количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, зависи от веществото, от което е съставено, тоест от вида на веществото. И трето, разликата в телесната температура преди и след пренос на топлина също е важна за нашите изчисления. Въз основа на гореизложеното можем Определете количеството топлина по формулата:

където Q е количеството топлина,
m - телесно тегло,
(t_2-t_1) - разликата между началната и крайната температура на тялото,
c - специфичен топлинен капацитет на веществото, намира се от съответните таблици.

Използвайки тази формула, можете да изчислите количеството топлина, което е необходимо за загряване на всяко тяло или което това тяло ще отдели, когато се охлади.

Количеството топлина се измерва в джаули (1 J), като всяка друга форма на енергия. Тази стойност обаче беше въведена не толкова отдавна и хората започнаха да измерват количеството топлина много по-рано. И те използваха единица, която се използва широко в наше време - калория (1 кал). 1 калория е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам вода с 1 градус по Целзий. Водени от тези данни, любителите на преброяването на калориите в храната, която ядат, могат, за интерес, да изчислят колко литра вода може да се свари с енергията, която консумират с храната през деня.

Можете да промените вътрешната енергия на газа в цилиндъра не само чрез извършване на работа, но и чрез нагряване на газа (фиг. 43). Ако буталото е неподвижно, тогава обемът на газа няма да се промени, но температурата, а оттам и вътрешната енергия, ще се увеличи.
Процесът на предаване на енергия от едно тяло на друго без извършване на работа се нарича пренос на топлина или пренос на топлина.

Енергията, предадена на тялото в резултат на пренос на топлина, се нарича количество топлина.Количеството топлина се нарича още енергията, която тялото отделя в процеса на топлообмен.

Молекулярна картина на топлообмена.По време на топлообмен на границата между телата бавно движещи се молекули на студено тяло взаимодействат с по-бързо движещи се молекули на горещо тяло. В резултат на това кинетичните енергии на молекулите се изравняват и скоростите на молекулите на студено тяло се увеличават, а на горещо тяло намаляват.

По време на топлообмена няма преобразуване на енергия от една форма в друга: част от вътрешната енергия на горещо тяло се прехвърля към студено тяло.

Количеството топлина и топлинния капацитет.От курса по физика от VII клас е известно, че за да се нагрее тяло с маса m от температура t 1 до температура t 2, е необходимо да му се съобщи количеството топлина

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cmΔt. (4,5)

Когато тялото се охлади, неговата вечна температура t 2 е по-ниска от първоначалната t 1 и количеството топлина, отделено от тялото, е отрицателно.
Коефициентът c във формула (4.5) се нарича специфична топлина. Специфичният топлинен капацитет е количеството топлина, което 1 kg вещество получава или отдава, когато температурата му се промени с 1 K.

Специфичният топлинен капацитет се изразява в джаули на килограм по келвин. Различни теланеобходимо е неравномерно количество енергия за повишаване на температурата с 1 K. Така специфичният топлинен капацитет на водата е 4190 J/(kg K), а този на медта е 380 J/(kg K).

Специфичният топлинен капацитет зависи не само от свойствата на веществото, но и от процеса, при който се осъществява топлообмен. Ако нагреете газ при постоянно налягане, той ще се разшири и ще върши работа. За да нагреете газ с 1°C при постоянно налягане, той ще трябва да предаде повече топлина, отколкото да го нагрее при постоянен обем.

Течностите и твърдите вещества се разширяват леко при нагряване и техният специфичен топлинен капацитет при постоянен обем и постоянно налягане се различава малко.

Специфична топлина на изпарение.За да се превърне течността в пара, трябва да й се предаде определено количество топлина. Температурата на течността не се променя по време на тази трансформация. Превръщането на течността в пара при постоянна температура не води до увеличаване на кинетичната енергия на молекулите, но е придружено от увеличаване на тяхната потенциална енергия. В крайна сметка средното разстояние между молекулите на газа е многократно по-голямо от това между молекулите на течността. В допълнение, увеличаването на обема по време на прехода на вещество от течно състояниев газообразно състояние изисква да се извърши работа срещу силите на външното налягане.

Количеството топлина, необходимо за превръщането на 1 kg течност в пара при постоянна температура, се нарича специфична топлинаизпаряване. Тази стойност се обозначава с буквата r и се изразява в джаули на килограм.

Специфичната топлина на изпаряване на водата е много висока: 2,256 · 10 6 J/kg при 100°C. За други течности (алкохол, етер, живак, керосин и др.) специфичната топлина на изпаряване е 3-10 пъти по-малка.

За да се превърне течност с маса m в пара, е необходимо количество топлина, равно на:

Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина

Qk = –rm. (4,7)

Специфична топлина на топене.Когато кристално тяло се стопи, цялата топлина, която му се подава, отива за увеличаване на потенциалната енергия на молекулите. Кинетичната енергия на молекулите не се променя, тъй като топенето се извършва при постоянна температура.

Количеството топлина λ (ламбда), необходимо за превръщане на 1 kg кристално вещество при точка на топене в течност със същата температура, се нарича специфична топлина на топене.

При кристализацията на 1 kg вещество се отделя точно толкова топлина. Специфичната топлина на топене на леда е доста висока: 3,4 10 5 J/kg.

За да се стопи кристално тяломаса m, имате нужда от количество топлина, равно на:

Qpl \u003d λm. (4,8)

Количеството топлина, отделена при кристализацията на тялото, е равно на:

Q cr = - λm. (4,9)

1. Какво се нарича количеството топлина? 2. Какво определя специфичния топлинен капацитет на веществата? 3. Какво се нарича специфична топлина на изпаряване? 4. Какво се нарича специфична топлина на топене? 5. В какви случаи количеството предадена топлина е отрицателно?

Фокусът на нашата статия е количеството топлина. Ще разгледаме концепцията за вътрешна енергия, която се трансформира, когато тази стойност се промени. Ще покажем и някои примери за приложението на изчисленията в човешката дейност.

Топлина

С всяка дума майчин езиквсеки човек има свои собствени асоциации. Те са определени личен опити ирационални чувства. Какво обикновено се представя с думата "топлина"? Меко одеяло, работеща батерия за централно отопление през зимата, първата слънчева светлина през пролетта, котка. Или поглед на майка, утешителна дума от приятел, навременно внимание.

Физиците разбират под това много специфичен термин. И много важно, особено в някои раздели на тази сложна, но увлекателна наука.

Термодинамика

Не си струва да се разглежда количеството топлина изолирано от най-простите процеси, на които се основава законът за запазване на енергията - нищо няма да бъде ясно. Затова, за начало, напомняме на нашите читатели.

Термодинамиката разглежда всяко нещо или обект като комбинация от много Голям бройелементарни части - атоми, йони, молекули. Неговите уравнения описват всяка промяна колективна държавасистеми като цяло и като част от едно цяло при промяна на макро параметри. Последните се разбират като температура (означена като Т), налягане (Р), концентрация на компонентите (обикновено С).

Вътрешна енергия

Вътрешната енергия е доста сложен термин, чието значение трябва да се разбере, преди да се говори за количеството топлина. Означава енергията, която се променя с увеличаване или намаляване на стойността на макропараметрите на обекта и не зависи от отправната система. Тя е част от общата енергия. Той съвпада с него при условия, когато центърът на масата на изследваното нещо е в покой (т.е. няма кинетичен компонент).

Когато човек почувства, че някакъв обект (да речем велосипед) се е затоплил или охладил, това показва, че всички молекули и атоми, които изграждат тази системапретърпя промяна във вътрешната енергия. Но постоянството на температурата не означава запазване на този показател.

Работа и топлина

Вътрешната енергия на всяка термодинамична система може да се трансформира по два начина:

  • като работите върху него;
  • по време на топлообмен с околната среда.

Формулата за този процес изглежда така:

dU=Q-A, където U е вътрешна енергия, Q е топлина, A е работа.

Нека читателят не се заблуждава от простотата на израза. Пермутацията показва, че Q=dU+A, но въвеждането на ентропия (S) довежда формулата до формата dQ=dSxT.

Тъй като в този случай уравнението приема формата на диференциално уравнение, първият израз изисква същото. Освен това, в зависимост от силите, действащи в изследвания обект и параметъра, който се изчислява, се извежда необходимото съотношение.

Нека вземем метална топка като пример за термодинамична система. Ако го окажете натиск, изхвърлите го, пуснете го в дълбок кладенец, това означава да работите върху него. Външно всички тези безвредни действия няма да причинят никаква вреда на топката, но нейната вътрешна енергия ще се промени, макар и много леко.

Вторият начин е пренос на топлина. Сега стигаме до основната цел на тази статия: описание на това какво е количеството топлина. Това е такава промяна във вътрешната енергия на термодинамична система, която възниква по време на пренос на топлина (вижте формулата по-горе). Измерва се в джаули или калории. Очевидно, ако топката се държи над запалка, на слънце или просто вътре топла ръкатогава ще се нагрее. И след това, като промените температурата, можете да намерите количеството топлина, което му е било съобщено по същото време.

Защо газът е най-добрият пример за промяна на вътрешната енергия и защо учениците не харесват физиката заради него

По-горе описахме промените в термодинамичните параметри на метална топка. Те не се забелязват много без специални устройства и на читателя му остава да вземе дума за процесите, протичащи с обекта. Друго нещо е, ако системата е газ. Натиснете го - ще се види, загрейте го - налягането ще се повиши, спуснете го под земята - и това лесно може да се поправи. Следователно в учебниците най-често газът се приема като визуална термодинамична система.

Но, уви, в съвременно образованиене се обръща много внимание на реалните експерименти. учен, който пише ИнструментариумТой прекрасно разбира какъв е залогът. Струва му се, че на примера на газовите молекули ще бъдат адекватно демонстрирани всички термодинамични параметри. Но за студент, който тепърва открива този свят, е скучно да чуе за идеална колба с теоретично бутало. Ако училището имаше истински изследователски лаборатории и отделени часове за работа в тях, всичко щеше да е различно. Засега, за съжаление, експериментите са само на хартия. И най-вероятно това е, което кара хората да вярват този разделфизика нещо чисто теоретично, далеч от живота и ненужно.

Затова решихме да дадем за пример вече споменатия по-горе велосипед. Човек натиска педалите - върши работа върху тях. В допълнение към предаването на въртящия момент на целия механизъм (поради което велосипедът се движи в пространството), вътрешната енергия на материалите, от които са направени лостовете, се променя. Велосипедистът натиска дръжките, за да завърти, и отново върши работата.

Вътрешната енергия на външното покритие (пластмаса или метал) се увеличава. Човек отива на поляна под ярко слънце - моторът се нагрява, количеството му топлина се променя. Спира за почивка в сянката на стар дъб и системата се охлажда, губейки калории или джаули. Увеличава скоростта - увеличава обмена на енергия. Въпреки това, изчисляването на количеството топлина във всички тези случаи ще покаже много малка, незабележима стойност. Следователно изглежда, че проявите на термодинамичната физика в истинския животне.

Прилагане на изчисления за промени в количеството топлина

Вероятно читателят ще каже, че всичко това е много информативно, но защо сме толкова измъчвани в училище с тези формули. А сега ще дадем примери в кои области на човешката дейност те са пряко необходими и как това се отнася за всеки в ежедневието му.

Като начало се огледайте около себе си и пребройте: колко метални предмета ви заобикалят? Вероятно повече от десет. Но преди да се превърне в кламер, вагон, пръстен или флашка, всеки метал се топи. Всеки завод, който преработва, да речем, желязна руда, трябва да разбере колко гориво е необходимо, за да оптимизира разходите. И когато се изчислява това, е необходимо да се знае топлинният капацитет на металосъдържащата суровина и количеството топлина, което трябва да му се предаде, за да може всички технологични процеси. Тъй като енергията, освободена от единица гориво, се изчислява в джаули или калории, формулите са необходими директно.

Или друг пример: повечето супермаркети имат отдел със замразени стоки - риба, месо, плодове. Когато суровините от животинско месо или морски дарове се превръщат в полуготови продукти, те трябва да знаят колко електроенергия ще използват хладилните и замразяващи агрегати за тон или единица готов продукт. За да направите това, трябва да изчислите колко топлина губи килограм ягоди или калмари, когато се охладят с един градус по Целзий. И в крайна сметка това ще покаже колко електроенергия ще харчи фризер с определен капацитет.

Самолети, кораби, влакове

По-горе показахме примери за относително неподвижни, статични обекти, които се информират или, напротив, от тях се отнема известно количество топлина. За обекти, движещи се в процеса на работа в условия на постоянно променяща се температура, изчисленията на количеството топлина са важни по друга причина.

Има такова нещо като "умора на метала". Той също така включва максимално допустимите натоварвания при определена скорост на промяна на температурата. Представете си самолет, излитащ от влажните тропици към замръзналата горна атмосфера. Инженерите трябва да работят усилено, за да не се разпадне поради пукнатини в метала, които се появяват при промяна на температурата. Те търсят състав на сплавта, който да издържа на реални натоварвания и да има голям запас на безопасност. И за да не търсите сляпо, надявайки се случайно да се натъкнете на желания състав, трябва да направите много изчисления, включително тези, които включват промени в количеството топлина.

1. Промяната на вътрешната енергия при извършване на работа се характеризира с количеството работа, т.е. работата е мярка за промяната на вътрешната енергия в този процес. Изменението на вътрешната енергия на тялото по време на топлообмен се характеризира със стойност, наречена количество топлина.

Количеството топлина е изменението на вътрешната енергия на тялото в процеса на пренос на топлина без извършване на работа.

Количеството топлина се обозначава с буквата ​ \ (Q \) . Тъй като количеството топлина е мярка за промяната във вътрешната енергия, нейната единица е джаул (1 J).

Когато едно тяло предаде определено количество топлина, без да извършва работа, вътрешната му енергия се увеличава, ако тялото отдаде определено количество топлина, тогава вътрешната му енергия намалява.

2. Ако налеете 100 g вода в два еднакви съда и 400 g в друг със същата температура и ги поставите на еднакви горелки, тогава водата в първия съд ще заври по-рано. По този начин, колкото по-голяма е масата на тялото, толкова по-голямо количество топлина трябва да се нагрее. Същото е и с охлаждането: тяло с по-голяма маса, когато се охлади, отделя по-голямо количество топлина. Тези тела са направени от едно и също вещество и се нагряват или охлаждат с еднакъв брой градуси.

​3. Ако сега загреем 100 g вода от 30 до 60 °C, т.е. с 30 °С, а след това до 100 °С, т.е. с 70 ° C, тогава в първия случай нагряването ще отнеме по-малко време, отколкото във втория, и съответно ще се изразходва по-малко топлина за нагряване на вода с 30 ° C, отколкото нагряване на вода с 70 ° C. По този начин количеството топлина е право пропорционално на разликата между крайната ​\((t_2\,^\circ C) \) и началната \((t_1\,^\circ C) \) температури: ​\(Q \sim(t_2- t_1) \) .

4. Ако сега в един съд се налее 100 g вода, а в друг подобен съд се налее малко вода и в него се постави метално тяло, така че неговата маса и масата на водата да са 100 g и съдовете се нагреят на еднаква плочки, тогава се вижда, че в съд, съдържащ само вода, ще има по-ниска температура от този, съдържащ вода и метално тяло. Следователно, за да бъде еднаква температурата на съдържанието в двата съда, на водата трябва да се предаде по-голямо количество топлина, отколкото на водата и металното тяло. Следователно количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, зависи от вида на веществото, от което е направено това тяло.

5. Характеризира се зависимостта на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото от вида на веществото физическо количествоНаречен специфичен топлинен капацитет на веществото.

Физическо количество, равно на количеството топлина, което трябва да се отчете на 1 kg вещество, за да се нагрее с 1 ° C (или 1 K), се нарича специфична топлина на веществото.

Същото количество топлина отделя 1 kg вещество при охлаждане с 1 °C.

Специфичният топлинен капацитет се обозначава с буквата ​ \ (c \) . Единицата за специфичен топлинен капацитет е 1 J/kg °C или 1 J/kg K.

Стойностите на специфичния топлинен капацитет на веществата се определят експериментално. Течностите имат по-висок специфичен топлинен капацитет от металите; Водата има най-висок специфичен топлинен капацитет, златото има много малък специфичен топлинен капацитет.

Специфичният топлинен капацитет на оловото е 140 J/kg °C. Това означава, че за загряване на 1 kg олово с 1 °C е необходимо да се изразходва количество топлина от 140 J. Същото количество топлина ще се отдели, когато 1 kg вода се охлади с 1 °C.

Тъй като количеството топлина е равно на промяната на вътрешната енергия на тялото, можем да кажем, че специфичният топлинен капацитет показва колко се променя вътрешната енергия на 1 kg вещество, когато температурата му се промени с 1 ° C. По-специално, вътрешната енергия на 1 kg олово, когато се нагрее с 1 °C, се увеличава със 140 J, а когато се охлади, намалява със 140 J.

Количеството топлина ​\(Q \), ​необходимо за загряване на тяло с маса ​\(m \) ​ от температура \((t_1\,^\circ C) \) до температура \((t_2\, ^\circ C) \) , е равна на произведението от специфичната топлина на веществото, масата на тялото и разликата между крайната и началната температура, т.е.

\[ Q=cm(t_2()^\circ-t_1()^\circ) \]

Същата формула се използва за изчисляване на количеството топлина, което тялото отделя при охлаждане. Само в този случай крайната температура трябва да се извади от началната температура, т.е. Извадете по-малката температура от по-голямата температура.

6. Пример за решение на проблем. Бехерова чаша, съдържаща 200 g вода с температура 80°C, се налива със 100 g вода с температура 20°C. След това в съда се установява температура от 60 °C. Колко топлина се получава от студената вода и се отдава от горещата вода?

Когато решавате проблем, трябва да изпълните следната последователност от действия:

  1. запишете накратко условието на проблема;
  2. преобразувайте стойности на количества в SI;
  3. анализирайте проблема, установете кои тела участват в топлообмена, кои тела отделят енергия и кои я получават;
  4. реши проблема в общ изглед;
  5. извършване на изчисления;
  6. анализирайте получения отговор.

1. Задачата.

дадени:
\\ (m_1 \) \u003d 200 g
\(m_2 \) \u003d 100 g
​ \ (t_1 \) \u003d 80 ° С
​ \ (t_2 \) \u003d 20 ° С
​ \ (t \) \u003d 60 ° С
______________

​\(Q_1 \) ​ — ? ​\(Q_2 \) ​ — ?
​ \ (c_1 \) ​ \u003d 4200 J / kg ° С

2. SI:\\ (m_1 \) \u003d 0,2 kg; \ (m_2 \) \u003d 0,1 кг.

3. Анализ на задачите. Задачата описва процеса на топлообмен между гореща и студена вода. Топла водаотделя количеството топлина ​\(Q_1 \) ​ и се охлажда от температурата ​\(t_1 \) ​ до температурата ​\(t \) . Студена водаполучава количеството топлина ​\(Q_2 \) ​ и се нагрява от температурата ​\(t_2 \) ​ до температурата ​\(t \) ​.

4. Решение на проблема в общ вид. Количеството топлина, отделено от гореща вода, се изчислява по формулата: \(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) .

Количеството топлина, получено от студена вода, се изчислява по формулата: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

5. Компютри.
​ \ (Q_1 \) \u003d 4200 J / kg ° C 0,2 kg 20 ° C = 16800 J
\ (Q_2 \) \u003d 4200 J / kg ° C 0,1 kg 40 ° C \u003d 16800 J

6. В отговора се получава, че количеството топлина, отделена от гореща вода, е равно на количеството топлина, получена от студена вода. В този случай е разгледана идеализирана ситуация и не е взето предвид, че определено количество топлина е използвано за нагряване на стъклото, в което се намира водата и околния въздух. В действителност количеството топлина, отделено от гореща вода, е по-голямо от количеството топлина, получено от студена вода.

Част 1

1. Специфичният топлинен капацитет на среброто е 250 J/(kg °C). Какво означава това?

1) при охлаждане на 1 kg сребро при 250 ° C се отделя количество топлина от 1 J
2) при охлаждане на 250 kg сребро на 1 °C се отделя количество топлина от 1 J
3) когато 250 kg сребро се охлади с 1 °C, количеството топлина 1 J се абсорбира
4) когато 1 kg сребро се охлади с 1 ° C, се отделя количество топлина от 250 J

2. Специфичният топлинен капацитет на цинка е 400 J/(kg °C). Означава, че

1) когато 1 kg цинк се нагрее до 400 °C, вътрешната му енергия се увеличава с 1 J
2) при нагряване на 400 kg цинк с 1 °C вътрешната му енергия се увеличава с 1 J
3) за загряване на 400 kg цинк с 1 ° C е необходимо да изразходвате 1 J енергия
4) когато 1 kg цинк се нагрее с 1 °C, вътрешната му енергия се увеличава с 400 J

3. При прехвърляне твърдо тяломаса ​\(m \) ​\(Q \) ​телесната температура, увеличена с ​\(\Delta t^\circ \) . Кой от следните изрази определя специфичния топлинен капацитет на веществото на това тяло?

1) ​\(\frac(m\Delta t^\circ)(Q) \)​
2) \(\frac(Q)(m\Delta t^\circ) \)​
3) \(\frac(Q)(\Delta t^\circ) \) ​
4) \(Qm\Делта t^\circ \) ​

4. Фигурата показва графика на количеството топлина, необходимо за нагряване на две тела (1 и 2) с еднаква маса спрямо температурата. Сравнете стойностите на специфичния топлинен капацитет (​\(c_1 \) ​ и ​\(c_2 \) ) на веществата, от които са направени тези тела.

1) ​\(c_1=c_2 \) ​
2) ​\(c_1>c_2 \) ​
3) \(c_1 4) отговорът зависи от стойността на масата на телата

5. Диаграмата показва стойностите на количеството топлина, предадено на две тела с еднаква маса, когато температурата им се промени с еднакъв брой градуси. Кое съотношение за специфичните топлоемкости на веществата, от които са изградени телата, е правилно?

1) \(c_1=c_2 \)
2) \(c_1=3c_2 \)
3) \(c_2=3c_1 \)
4) \(c_2=2c_1 \)

6. Фигурата показва графика на зависимостта на температурата на твърдо тяло от количеството топлина, отделена от него. Телесно тегло 4 кг. Какъв е специфичният топлинен капацитет на веществото на това тяло?

1) 500 J/(kg °C)
2) 250 J/(kg °C)
3) 125 J/(kg °C)
4) 100 J/(kg °C)

7. При нагряване на кристално вещество с тегло 100 g се измерват температурата на веществото и количеството топлина, предадено на веществото. Данните от измерванията бяха представени под формата на таблица. Ако приемем, че загубите на енергия могат да бъдат пренебрегнати, определете специфичния топлинен капацитет на вещество в твърдо състояние.

1) 192 J/(kg °C)
2) 240 J/(kg °C)
3) 576 J/(kg °C)
4) 480 J/(kg °C)

8. За да се нагреят 192 g молибден с 1 K, е необходимо да му се предаде количество топлина от 48 J. Какъв е специфичният топлинен капацитет на това вещество?

1) 250 J/(kg K)
2) 24 J/(kg K)
3) 4 10 -3 J/(kg K)
4) 0,92 J/(kg K)

9. Колко топлина е необходима, за да се загреят 100 g олово от 27 до 47 °C?

1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ

10. За нагряване на тухла от 20 до 85 °C е изразходвано същото количество топлина, както за нагряване на вода със същата маса с 13 °C. Специфичният топлинен капацитет на тухла е

1) 840 J/(kg K)
2) 21000 J/(kg K)
3) 2100 J/(kg·K)
4) 1680 J/(kg K)

11. От списъка с твърдения по-долу изберете двете верни и запишете номера им в таблицата.

1) Количеството топлина, което тялото получава, когато температурата му се повиши с определен брой градуси, е равно на количеството топлина, което това тяло отделя, когато температурата му спадне със същия брой градуси.
2) Когато веществото се охлажда, неговата вътрешна енергия се увеличава.
3) Количеството топлина, което веществото получава при нагряване, отива главно за увеличаване на кинетичната енергия на неговите молекули.
4) Количеството топлина, което веществото получава при нагряване, отива главно за увеличаване на потенциалната енергия на взаимодействие на неговите молекули
5) Вътрешната енергия на тялото може да се промени само като му се даде определено количество топлина

12. Таблицата показва резултатите от измерванията на масата ​\(m \) ​, промените в температурата ​\(\Delta t \) ​ и количеството топлина ​\(Q \) ​ отделено по време на охлаждане на цилиндри, направени от мед или алуминий.

Какви твърдения са в съответствие с резултатите от експеримента? Изберете правилните две от предоставения списък. Избройте номерата им. Въз основа на извършените измервания може да се твърди, че количеството топлина, отделена по време на охлаждане,

1) зависи от веществото, от което е направен цилиндърът.
2) не зависи от веществото, от което е направен цилиндърът.
3) нараства с увеличаване на масата на цилиндъра.
4) нараства с увеличаване на температурната разлика.
5) специфичният топлинен капацитет на алуминия е 4 пъти по-голям от специфичния топлинен капацитет на калая.

Част 2

C1.Твърдо тяло с тегло 2 kg се поставя в пещ с мощност 2 kW и се нагрява. Фигурата показва зависимостта на температурата ​\(t \) ​ на това тяло от времето за нагряване ​\(\tau \) . Какъв е специфичният топлинен капацитет на дадено вещество?

1) 400 J/(kg °C)
2) 200 J/(kg °C)
3) 40 J/(kg °C)
4) 20 J/(kg °C)

Отговори

Дял: