Isı miktarının formülü. Vücudu ısıtmak için gereken veya soğuma sırasında vücut tarafından salınan ısı miktarını hesaplamak için problem çözme

Anahat planı

açık ders 8 "E" sınıfında fizik

MOU spor salonu No. 77, o. Togliatti

fizik öğretmenleri

İvanova Maria Konstantinovna

Ders konusu:

Vücudu ısıtmak için gereken veya soğuma sırasında vücut tarafından salınan ısı miktarını hesaplamak için problem çözme.

Tarihi:

Dersin amacı:

    ısıtma için gereken ve soğutma sırasında salınan ısı miktarını hesaplamada pratik beceriler geliştirmek;

    sayma becerilerini geliştirmek, problemlerin planını analiz etmede mantıksal becerileri geliştirmek, nitel ve hesaplama problemlerini çözmek;

    çiftler halinde çalışma, rakibin görüşüne saygı duyma ve bakış açısını savunma becerisini geliştirmek, fizikteki görevleri tamamlarken dikkatli olun.

Ders ekipmanları:

    bilgisayar, projektör, konuyla ilgili sunum (Ek No. 1), tek bir dijital eğitim kaynakları koleksiyonundan materyaller.

ders türü:

    problem çözme.

“Parmağınızı bir kibritin alevine sokun, cennette veya yeryüzünde eşi benzeri olmayan bir duygu yaşayacaksınız; ancak, olan her şey moleküllerin çarpışmasının sonucudur.

J. Wheeler

Dersler sırasında:

    Organizasyon zamanı

    Öğrencileri selamlamak.

    Devamsızlık yapan öğrencilerin kontrolü.

    Konunun sunumu ve dersin hedefleri.

    Ödev kontrolü.

1.ön anket

    Bir maddenin özgül ısı kapasitesi nedir? (Slayt #1)

    Bir maddenin özgül ısı kapasitesinin birimi nedir?

    Su kütleleri neden yavaş yavaş donar? Havalar uzun süredir sıcak olmasına rağmen neden buz nehirleri ve özellikle gölleri uzun süre terk etmiyor?

    neden Karadeniz kıyısı Kafkasya kışın bile yeterince sıcak mı?

    Neden Birçok Metal Önemli Ölçüde Soğur? sudan daha hızlı? (Slayt #2)

2. Bireysel anket (birkaç öğrenci için çok seviyeli görevler içeren kartlar)

    Yeni bir konu keşfetmek.

1. Isı miktarı kavramının tekrarı.

ısı miktarı- ısı transferi sırasında iç enerjideki değişimin nicel bir ölçüsü.

Vücut tarafından emilen ısı miktarı pozitif, salınan ısı miktarı ise negatif kabul edilir. “Vücudun belli bir ısısı vardır” ya da “vücut bir miktar ısı içerir (depolar)” gibi ifadelerin bir anlamı yoktur. Isı miktarı herhangi bir işlemde alınabilir veya verilebilir, ancak sahip olunamaz.

Vücutlar arasındaki sınırda ısı alışverişi sırasında, soğuk bir cismin yavaş hareket eden molekülleri, sıcak bir cismin hızla hareket eden molekülleri ile etkileşime girer. Sonuç olarak, moleküllerin kinetik enerjileri eşitlenir ve soğuk bir cismin moleküllerinin hızları artarken, sıcak bir cismin hızları azalır.

Isı değişimi sırasında, enerjinin bir biçimden diğerine dönüşümü yoktur; sıcak bir cismin iç enerjisinin bir kısmı soğuk bir cisme aktarılır.

2. Isı miktarının formülü.

Isı miktarını hesaplama problemlerini çözmek için çalışan bir formül elde ediyoruz: Q = santimetre ( T 2 - T 1 ) - tahtaya ve defterlere yazı yazmak.

Vücut tarafından verilen veya alınan ısı miktarının nelere bağlı olduğunu öğreniyoruz. başlangıç ​​sıcaklığı vücut, kütlesi ve özgül ısı kapasitesi.

Uygulamada, termal hesaplamalar sıklıkla kullanılır. Örneğin binalar inşa edilirken tüm ısıtma sisteminin binaya ne kadar ısı vermesi gerektiğini hesaba katmak gerekir. Pencerelerden, duvarlardan, kapılardan çevredeki alana ne kadar ısı gireceğini de bilmelisiniz.

3 . Isı miktarının çeşitli miktarlara bağımlılığı . (Slaytlar #3, #4, #5, #6)

4 . Özısı (7 numaralı slayt)

5. Isı miktarını ölçmek için birimler (8 numaralı slayt)

6. Isı miktarını hesaplamak için bir problem çözme örneği (10 numaralı slayt)

7. Tahtadaki ve defterlerdeki ısı miktarını hesaplama problemlerini çözme

Ayrıca, cisimler arasında ısı alışverişi olursa, tüm ısıtma cisimlerinin iç enerjisinin, soğuyan cisimlerin iç enerjisi kadar azaldığını da öğreniyoruz. Bunu yapmak için, ders kitabının 9. maddesinden çözülmüş bir problem örneği kullanıyoruz.

Dinamik duraklama.

IV. İncelenen materyalin konsolidasyonu.

1. Otokontrol için sorular (9 numaralı slayt)

2. Kalite problemlerini çözme:

    Neden çöllerde gündüzleri sıcakken geceleri sıcaklık 0°C'nin altına düşüyor? (Kumun özgül ısı kapasitesi düşüktür, bu nedenle çabuk ısınır ve soğur.)

    Aynı kütleye sahip bir kurşun ve bir çelik parçasına çekiçle vurulmuştur. aynı numara bir kere. Hangi parça daha sıcaktı? Neden? (Kurşunun özgül ısı kapasitesi daha az olduğu için kurşun parçası daha fazla ısınır.)

    Demir sobalar neden bir odayı tuğla sobalardan daha hızlı ısıtır, ancak bu kadar uzun süre sıcak kalmaz? (Bakırın özgül ısı kapasitesi tuğladan daha azdır.)

    Aynı kütleye sahip bakır ve çelik ağırlıklara eşit miktarda ısı verilir. Sıcaklığı en çok hangi ağırlık değiştirir? (Bakırda, çünkü bakırın özgül ısı kapasitesi daha azdır.)

    Hangisi daha fazla enerji tüketir: kütleleri aynıysa su ısıtmak mı yoksa alüminyum tava ısıtmak mı? (Suyu ısıtmak için, çünkü suyun özgül ısı kapasitesi büyüktür.)

    Bildiğiniz gibi demirin özgül ısı kapasitesi bakırdan daha yüksektir. Sonuç olarak, kütleleri ve sıcaklıkları eşitse, demirden yapılmış bir iğne, bakırdan yapılmış aynı iğneden daha fazla iç enerji kaynağına sahip olacaktır. Buna rağmen neden havya uçları bakırdan yapılmıştır? (Bakırın ısıl iletkenliği yüksektir.)

    Metalin ısıl iletkenliğinin camın ısıl iletkenliğinden çok daha fazla olduğu bilinmektedir. Öyleyse neden kalorimetreler camdan değil de metalden yapılmıştır? (Metal, yüksek bir termal iletkenliğe ve düşük özgül ısıya sahiptir, bu nedenle kalorimetre içindeki sıcaklık hızla eşitlenir ve onu ısıtmak için çok az ısı harcanır. Ayrıca metal radyasyonu cam radyasyonundan çok daha azdır, bu da ısı kaybını azaltır.)

    Gevşek karın, zayıf bir ısı iletkeni olan çok fazla hava içerdiğinden toprağı dondan iyi koruduğu bilinmektedir. Ama sonuçta, karla kaplı olmayan toprağa bitişik hava katmanları bile. Öyleyse neden bu durumda pek donmuyor? (Karla kaplı olmayan toprakla temas halinde olan hava sürekli hareket halindedir, karışır. Bu hareketli hava, yerden ısıyı uzaklaştırır ve ondan nemin buharlaşmasını arttırır. Kar tanecikleri arasında bulunan hava etkin değildir ve zayıf bir ısı iletkeni olarak dünyayı donmaya karşı korur.)

3. Hesaplama problemlerinin çözümü

İlk iki görev, motivasyonu yüksek öğrenciler tarafından tahtada toplu tartışma ile çözülür. Akıl yürütme ve problem çözmede doğru yaklaşımları buluyoruz.

Görev 1.

Bir bakır parçasını 20°C'den 170°C'ye ısıtırken 140.000 J ısı harcandı. Bakırın kütlesini belirleyin.

görev #2

Bir sıvının 2 litresini 20 °C ısıtmak için 150.000 J harcanmışsa, sıvının özgül ısı kapasitesi nedir? Sıvının yoğunluğu 1,5 g/cm³'tür.

Öğrenciler aşağıdaki soruları çiftler halinde cevaplar:

Görev numarası 3.

m kütleli iki bakır top Ö ve 4m Öısıtılır, böylece her iki top da aynı miktarda ısı alır. Aynı zamanda büyük top 5°C kadar ısındı Kütlesi küçük olan top ne kadar ısındı?

Görev numarası 4.

4 m³ buz 10°C'den -40°C'ye soğutulduğunda ne kadar ısı açığa çıkar?

Görev numarası 5.

Hangi durumda iki maddeyi ısıtmak gerekir? büyük miktarısı, iki maddenin ısınması aynı ise ∆ T 1 = ∆T 2 İlk madde, kütlesi 2 kg ve s = 880 J / kg ∙ ° C olan bir tuğla ve pirinç - kütlesi 2 kg ve s \u003d 400 J / kg ∙ ° C'dir.

Görev numarası 6.

Kütlesi 4 kg olan bir çelik çubuk ısıtılıyor. Bu durumda 200.000 J ısı harcanmıştır. İlk sıcaklık ise nihai vücut sıcaklığını belirleyin. T 0 = 10°C

Öğrenciler problemleri kendi başlarına çözdüklerinde, soruların ortaya çıkması doğaldır. En sık sorulan sorular toplu olarak tartışılır. Özel nitelikteki bu sorulara bireysel cevaplar verilir.

    Refleks. İşaret koymak.

Öğretmen: Evet arkadaşlar bugün derste ne öğrendiniz ve yeni neler öğrendiniz?

Örnek öğrenci yanıtları :

    "Vücudu ısıtmak için gereken ve soğutma sırasında salınan ısı miktarının hesaplanması" konulu nitel ve hesaplamalı problemleri çözme becerilerini geliştirdi.

    Fizik ve matematik gibi konuların nasıl örtüştüğüne ve bağlantılı olduğuna pratikte ikna olduk.

    Ev ödevi:

    V.I.'nin problem koleksiyonundan 1024, 1025 numaralı problemleri çözün. Lukashik, E. V. İvanova.

    Vücudu ısıtmak için gereken veya soğuma sırasında salınan ısı miktarını hesaplamak için bağımsız olarak bir problem bulun.

Ocakta ne daha hızlı ısınır - bir su ısıtıcısı mı yoksa bir kova su mu? Cevap açık - bir su ısıtıcısı. O zaman ikinci soru neden?

Cevap daha az açık değil - çünkü su ısıtıcısındaki su kütlesi daha az. Harika. Ve şimdi en gerçek fiziksel deneyimi evde kendiniz yapabilirsiniz. Bunu yapmak için iki özdeş küçük tencereye, eşit miktarda suya ve sebze yağı, örneğin yarım litre ve bir ocak. Tencere yağ ve suyu aynı ateşe koyun. Ve şimdi neyin daha hızlı ısınacağını izleyin. Sıvılar için termometre varsa kullanabilirsiniz, yoksa ara sıra parmağınızla sıcaklığı deneyebilirsiniz, sadece kendinizi yakmamaya dikkat edin. Her durumda, yakında yağın sudan önemli ölçüde daha hızlı ısındığını göreceksiniz. Ve deneyim şeklinde de uygulanabilecek bir soru daha. Hangisi daha hızlı kaynar - ılık su mu yoksa soğuk mu? Her şey yine açık - ilk bitiren sıcak olan olacak. Neden tüm bu garip sorular ve deneyler? "Isı miktarı" olarak adlandırılan fiziksel miktarı belirlemek için.

ısı miktarı

Isı miktarı, ısı transferi sırasında vücudun kaybettiği veya kazandığı enerjidir. Adından bu anlaşılıyor. Vücut soğurken belli bir miktarda ısı kaybeder ve ısıtıldığında emer. Ve sorularımızın cevapları bize gösterdi ısı miktarı neye bağlıdır? Birincisi, cismin kütlesi ne kadar büyükse, sıcaklığını bir derece değiştirmek için harcanması gereken ısı miktarı da o kadar fazladır. İkincisi, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı, onu oluşturan maddeye, yani maddenin cinsine bağlıdır. Üçüncüsü, ısı transferi öncesi ve sonrası vücut sıcaklığındaki fark da hesaplamalarımız için önemlidir. Yukarıdakilere dayanarak, yapabiliriz ısı miktarını formüle göre belirleyin:

burada Q ısı miktarıdır,
m - vücut ağırlığı,
(t_2-t_1) - ilk ve son vücut sıcaklıkları arasındaki fark,
c - maddenin özgül ısı kapasitesi, ilgili tablolardan bulunur.

Bu formülü kullanarak, herhangi bir cismi ısıtmak için gerekli olan veya bu cismin soğuduğunda salacağı ısı miktarını hesaplayabilirsiniz.

Isı miktarı, diğer herhangi bir enerji türü gibi joule (1 J) cinsinden ölçülür. Ancak, bu değer çok uzun zaman önce tanıtıldı ve insanlar ısı miktarını çok daha önce ölçmeye başladı. Ve zamanımızda yaygın olarak kullanılan bir birim kullandılar - bir kalori (1 cal). 1 kalori, 1 gram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece yükseltmek için gereken ısı miktarıdır. Bu verilerden yola çıkarak, yedikleri yiyeceklerin kalorilerini saymayı sevenler, gün içinde yiyeceklerle birlikte tükettikleri enerji ile kaç litre suyun kaynatılabileceğini hesaplayabilirler.

Silindirdeki gazın iç enerjisini sadece iş yaparak değil, gazı ısıtarak da değiştirebilirsiniz (Şek. 43). Piston sabitse, gazın hacmi değişmez, ancak sıcaklık ve dolayısıyla iç enerji artar.
İş yapmadan enerjinin bir vücuttan diğerine aktarılması işlemine ısı transferi veya ısı transferi denir.

Isı transferi sonucunda vücuda aktarılan enerjiye ısı miktarı denir. Isı miktarına, ısı transferi sürecinde vücudun verdiği enerji de denir.

Isı transferinin moleküler resmi. Vücutlar arasındaki sınırda ısı alışverişi sırasında, soğuk bir cismin yavaş hareket eden molekülleri, sıcak bir cismin daha hızlı hareket eden molekülleri ile etkileşime girer. Sonuç olarak, moleküllerin kinetik enerjileri eşitlenir ve soğuk bir cismin moleküllerinin hızları artarken, sıcak bir cismin hızları azalır.

Isı alışverişi sırasında, bir biçimden diğerine enerji dönüşümü olmaz: sıcak bir cismin iç enerjisinin bir kısmı soğuk bir cisme aktarılır.

Isı miktarı ve ısı kapasitesi. VII. sınıf fizik dersinden, m kütleli bir cismi t 1 sıcaklığından t 2 sıcaklığına ısıtmak için, ona ısı miktarının bildirilmesi gerektiği bilinmektedir.

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cmΔt. (4.5)

Bir cisim soğuduğunda, onun sonsuz sıcaklığı t 2, başlangıçtaki t 1 değerinden daha azdır ve cismin verdiği ısı miktarı negatiftir.
Formül (4.5)'teki c katsayısı denir özısı. Özgül ısı kapasitesi, 1 kg maddenin sıcaklığı 1 K değiştiğinde aldığı veya verdiği ısı miktarıdır.

Özgül ısı kapasitesi, kilogram çarpı kelvin başına joule cinsinden ifade edilir. Çeşitli organlar sıcaklığı 1 K artırmak için eşit olmayan miktarda enerji gerekir. Dolayısıyla, suyun özgül ısı kapasitesi 4190 J/(kg K) ve bakırınki 380 J/(kg K)'dir.

Özgül ısı kapasitesi sadece maddenin özelliklerine değil, aynı zamanda ısı transferinin gerçekleştiği sürece de bağlıdır. Bir gazı sabit basınçta ısıtırsanız, genleşir ve iş yapar. Bir gazı sabit basınçta 1°C ısıtmak için, sabit hacimde ısıtmaktan daha fazla ısı aktarması gerekir.

Sıvılar ve katılar ısıtıldıklarında hafifçe genleşirler ve sabit hacim ve sabit basınçta özgül ısı kapasiteleri çok az farklılık gösterir.

Spesifik buharlaşma ısısı. Bir sıvıyı buhara dönüştürmek için ona belirli bir miktarda ısı aktarılması gerekir. Bu dönüşüm sırasında sıvının sıcaklığı değişmez. Sıvının sabit bir sıcaklıkta buhara dönüşmesi, moleküllerin kinetik enerjisinde bir artışa yol açmaz, ancak potansiyel enerjilerinde bir artışa eşlik eder. Ne de olsa, gaz molekülleri arasındaki ortalama mesafe, sıvı moleküller arasındakinden çok daha fazladır. Ayrıca bir maddenin maddeden maddeye geçişi sırasında hacminin artması sıvı hal gaz haline dönüşmesi, dış basınç kuvvetlerine karşı yapılmasını gerektirir.

Sabit sıcaklıkta 1 kg sıvıyı buhara dönüştürmek için gerekli olan ısı miktarına denir. özısı buharlaşma. Bu değer r harfi ile gösterilir ve kilogram başına joule olarak ifade edilir.

Suyun özgül buharlaşma ısısı çok yüksektir: 100°C'de 2.256 · 10 6 J/kg. Diğer sıvılar için (alkol, eter, cıva, gazyağı vb.) Özgül buharlaşma ısısı 3-10 kat daha azdır.

Kütlesi m olan bir sıvıyı buhara dönüştürmek için şuna eşit miktarda ısı gerekir:

Buhar yoğunlaşınca aynı miktarda ısı açığa çıkar.

Qk = –rm. (4.7)

Spesifik füzyon ısısı. Kristal bir cisim eridiğinde, ona verilen tüm ısı moleküllerin potansiyel enerjisini arttırmaya gider. Erime sabit bir sıcaklıkta gerçekleştiği için moleküllerin kinetik enerjisi değişmez.

Erime noktasındaki 1 kg kristalli bir maddeyi aynı sıcaklıktaki bir sıvıya dönüştürmek için gereken ısı miktarına λ (lambda) özgül füzyon ısısı denir.

1 kg maddenin kristalleşmesi sırasında tam olarak aynı miktarda ısı açığa çıkar. Buz eritmenin özgül ısısı oldukça yüksektir: 3,4 · 10 · 5 J/kg.

eritmek için kristal gövde kütle m, şuna eşit ısı miktarına ihtiyacınız var:

Qpl \u003d λm. (4.8)

Vücudun kristalleşmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarı şuna eşittir:

Q cr = - λm. (4.9)

1. Isı miktarına ne denir? 2. Maddelerin özgül ısı kapasitesini ne belirler? 3. Özgül buharlaşma ısısı nedir? 4. Özgül füzyon ısısı nedir? 5. Aktarılan ısı miktarı hangi durumlarda negatiftir?

Yazımızın odak noktası ısı miktarıdır. Bu değer değiştiğinde dönüşen iç enerji kavramını ele alacağız. Hesaplamaların insan etkinliğine uygulanmasına ilişkin bazı örnekler de göstereceğiz.

Sıcaklık

herhangi bir kelime ile ana dil her kişinin kendi dernekleri vardır. onlar tanımlanmış kişisel deneyim ve mantıksız duygular. Genellikle "sıcaklık" kelimesiyle temsil edilen nedir? Yumuşacık bir battaniye, kışın çalışan bir kalorifer bataryası, baharın ilk güneş ışığı, bir kedi. Ya da bir annenin bakışı, bir dostun teselli edici sözü, zamanında ilgi.

Fizikçiler bununla çok özel bir terim kastediyor. Ve özellikle bu karmaşık ama büyüleyici bilimin bazı bölümlerinde çok önemli.

Termodinamik

Enerjinin korunumu yasasının dayandığı en basit süreçlerden ayrı olarak ısı miktarını dikkate almaya değmez - hiçbir şey net olmayacaktır. Bu nedenle, öncelikle okuyucularımıza hatırlatıyoruz.

Termodinamik, herhangi bir şeyi veya nesneyi çok Büyük bir sayı temel parçalar - atomlar, iyonlar, moleküller. Denklemleri herhangi bir değişikliği tanımlar kolektif durum makro parametrelerini değiştirirken sistemleri bir bütün olarak ve bir bütünün parçası olarak. İkincisi, sıcaklık (T olarak gösterilir), basınç (P), bileşenlerin konsantrasyonu (genellikle C) olarak anlaşılır.

İçsel enerji

İç enerji, ısı miktarından bahsetmeden önce anlamı anlaşılması gereken oldukça karmaşık bir terimdir. Cismin makro parametrelerinin değerinin artması veya azalması ile değişen ve referans sistemine bağlı olmayan enerjiyi ifade eder. Toplam enerjinin bir parçasıdır. İncelenen şeyin kütle merkezinin hareketsiz olduğu (yani kinetik bileşen olmadığı) koşullar altında onunla çakışır.

Bir kişi bir nesnenin (örneğin bir bisikletin) ısındığını veya soğuduğunu hissettiğinde, bu, onu oluşturan tüm moleküllerin ve atomların bu sistem iç enerjide bir değişiklik yaşadı. Bununla birlikte, sıcaklığın sabitliği, bu göstergenin korunması anlamına gelmez.

Çalışmak ve sıcaklık

Herhangi bir termodinamik sistemin iç enerjisi iki şekilde dönüştürülebilir:

  • üzerinde çalışma yaparak;
  • çevre ile ısı alışverişi sırasında.

Bu işlemin formülü şöyle görünür:

dU=Q-A, burada U iç enerjidir, Q ısıdır, A iştir.

Okuyucu anlatımın sadeliğine aldanmasın. Permütasyon, Q=dU+A olduğunu gösterir, ancak entropinin (S) eklenmesi, formülü dQ=dSxT biçimine getirir.

Bu durumda denklem bir diferansiyel denklem şeklini aldığından, ilk ifade aynı şeyi gerektirir. Ayrıca, incelenen nesneye etki eden kuvvetlere ve hesaplanan parametreye bağlı olarak gerekli oran elde edilir.

Termodinamik sisteme örnek olarak metal bir top alalım. Üzerine basarsan, atarsan, atarsan, derin bir kuyuya atarsan, bu iş yapmak demektir. Dışa doğru, tüm bu zararsız hareketler topa herhangi bir zarar vermeyecek, ancak iç enerjisi çok az da olsa değişecektir.

İkinci yol ısı transferidir. Şimdi bu makalenin asıl amacına geliyoruz: Isı miktarının ne olduğunun açıklaması. Bu, ısı transferi sırasında meydana gelen bir termodinamik sistemin iç enerjisinde böyle bir değişikliktir (yukarıdaki formüle bakın). Joule veya kalori cinsinden ölçülür. Açıkçası, top bir çakmağın üzerinde, güneşte veya sadece havada tutulursa sıcak el sonra ısınacaktır. Ve sonra sıcaklığı değiştirerek ona aynı anda iletilen ısı miktarını bulabilirsiniz.

Neden gaz, iç enerjideki değişimin en iyi örneğidir ve öğrenciler neden bu nedenle fiziği sevmezler?

Yukarıda, bir metal topun termodinamik parametrelerindeki değişiklikleri tanımladık. Özel cihazlar olmadan pek fark edilmezler ve okuyucunun nesneyle meydana gelen süreçler hakkında bir söz alması sağlanır. Başka bir şey, sistemin gaz olup olmadığıdır. Üzerine bastırın - görünür olacak, ısıtın - basınç yükselecek, yeraltına indirin - ve bu kolayca düzeltilebilir. Bu nedenle ders kitaplarında görsel termodinamik sistem olarak en çok gaz alınır.

Ama ne yazık ki içinde modern eğitim gerçek deneylere pek dikkat edilmez. yazan bilim adamı araç seti Neyin tehlikede olduğunu çok iyi anlıyor. Ona öyle geliyor ki, gaz molekülleri örneğini kullanarak, tüm termodinamik parametreler yeterince gösterilecek. Ancak bu dünyayı yeni keşfeden bir öğrenci için teorik pistonlu ideal bir matarayı duymak sıkıcıdır. Okulun gerçek araştırma laboratuvarları ve burada çalışmak için ayrılmış saatleri olsaydı, her şey farklı olurdu. Şimdiye kadar maalesef deneyler sadece kağıt üzerinde. Ve büyük olasılıkla, insanların buna inanmasına neden olan şey budur. bu bölüm fizik tamamen teorik, hayattan uzak ve gereksiz bir şey.

Bu nedenle, yukarıda bahsedilen bisikleti örnek olarak vermeye karar verdik. Bir kişi pedallara basar - onlar üzerinde çalışır. Torku tüm mekanizmaya iletmeye ek olarak (bisikletin uzayda hareket etmesi nedeniyle), kolların yapıldığı malzemelerin iç enerjisi değişir. Bisikletçi, kolları döndürmek için iter ve işi tekrar yapar.

Dış kaplamanın (plastik veya metal) iç enerjisi artar. Bir kişi parlak güneşin altında bir açıklığa gider - bisiklet ısınır, ısı miktarı değişir. Yaşlı bir meşe ağacının gölgesinde dinlenmek için durur ve sistem soğuyarak kalori veya joule harcar. Hızı artırır - enerji alışverişini artırır. Bununla birlikte, tüm bu durumlarda ısı miktarının hesaplanması çok küçük, algılanamayan bir değer gösterecektir. Bu nedenle, öyle görünüyor ki termodinamik fiziğin tezahürleri gerçek hayat HAYIR.

Isı miktarındaki değişiklikler için hesaplamaların uygulanması

Muhtemelen okuyucu, tüm bunların çok bilgilendirici olduğunu söyleyecektir, ancak neden okulda bu formüllerle bu kadar eziyet çekiyoruz? Ve şimdi, insan faaliyetinin hangi alanlarında doğrudan ihtiyaç duyulduğuna ve bunun günlük yaşamında herhangi biri için nasıl geçerli olduğuna örnekler vereceğiz.

Başlamak için etrafınıza bakın ve sayın: etrafınızda kaç tane metal nesne var? Muhtemelen ondan fazladır. Ancak bir ataş, vagon, yüzük veya flash sürücü haline gelmeden önce herhangi bir metal eritilir. Örneğin demir cevheri işleyen her tesis, maliyetleri optimize etmek için ne kadar yakıt gerektiğini anlamalıdır. Ve bunu hesaplarken, metal içeren hammaddenin ısı kapasitesini ve ona verilmesi gereken ısı miktarını bilmek gerekir. teknolojik süreçler. Bir birim yakıtın açığa çıkardığı enerji joule veya kalori cinsinden hesaplandığından, formüllere doğrudan ihtiyaç duyulur.

Veya başka bir örnek: çoğu süpermarkette dondurulmuş ürünler - balık, et, meyve - içeren bir bölüm vardır. Hayvan eti veya deniz ürünlerinden elde edilen ham maddelerin yarı mamul ürünlere dönüştürüldüğü durumlarda, soğutma ve dondurma ünitelerinin mamul ürünün tonu veya birimi başına ne kadar elektrik kullanacağını bilmeleri gerekir. Bunu yapmak için, bir santigrat derece soğutulduğunda bir kilogram çileğin veya kalamarın ne kadar ısı kaybettiğini hesaplamalısınız. Ve sonuçta bu, belirli bir kapasitedeki bir dondurucunun ne kadar elektrik harcayacağını gösterecektir.

Uçaklar, gemiler, trenler

Yukarıda görece hareketsiz, durağan, bilgi verilen ya da tam tersine onlardan belli bir miktar ısı alınan nesnelerin örneklerini gösterdik. Sürekli değişen sıcaklık koşullarında çalışma sürecinde hareket eden nesneler için, ısı miktarının hesaplanması başka bir nedenle önemlidir.

"Metal yorgunluğu" diye bir şey var. Ayrıca, belirli bir sıcaklık değişim oranında izin verilen maksimum yükleri de içerir. Nemli tropik bölgelerden donmuş üst atmosfere doğru havalanan bir uçak hayal edin. Mühendisler, sıcaklık değiştiğinde metalde ortaya çıkan çatlaklardan dolayı parçalanmaması için çok çalışmak zorundalar. Gerçek yüklere dayanabilen ve geniş bir güvenlik payına sahip olacak bir alaşım bileşimi arıyorlar. Ve yanlışlıkla istenen kompozisyona rastlamayı umarak körü körüne aramamak için, ısı miktarındaki değişiklikleri içerenler de dahil olmak üzere birçok hesaplama yapmanız gerekir.

1. İş yaparak iç enerjideki değişiklik, iş miktarı ile karakterize edilir, yani. iş, iç enerjideki değişimin bir ölçüsüdür. bu süreç. Isı transferi sırasında vücudun iç enerjisindeki değişiklik, adı verilen bir değerle karakterize edilir. ısı miktarı.

Isı miktarı, iş yapmadan ısı transferi sürecinde vücudun iç enerjisindeki değişimdir.

Isı miktarı ​ \ (Q \) harfi ile gösterilir. Isı miktarı iç enerjideki değişimin bir ölçüsü olduğu için birimi joule'dür (1 J).

Bir cisim iş yapmadan belli miktarda ısı verirse iç enerjisi artar, belli miktarda ısı verirse iç enerjisi azalır.

2. Aynı sıcaklıktaki iki kaba 100 gr, diğerine 400 gr su döküp aynı ocaklara koyarsanız, birinci kaptaki su daha erken kaynar. Bu nedenle, vücudun kütlesi ne kadar büyükse, ısınması için ihtiyaç duyduğu ısı miktarı o kadar fazladır. Aynı şey soğuma için de geçerlidir: daha büyük kütleli bir cisim soğutulduğunda daha fazla miktarda ısı yayar. Bu cisimler aynı maddeden yapılmıştır ve aynı derecede ısınır veya soğurlar.

​3. Şimdi 100 g suyu 30'dan 60 °C'ye ısıtırsak, yani 30 °С ve ardından 100 °С'ye kadar, yani. 70 °C'ye kadar, o zaman ilk durumda, ısıtma ikinciden daha az zaman alacaktır ve buna göre suyu 30 °C ısıtmak için suyu 70 °C ısıtmaktan daha az ısı harcanacaktır. Böylece, ısı miktarı son ​\(((t_2\,^\circ C) \) ve başlangıç ​​\(((t_1\,^\circ C) \) sıcaklıkları arasındaki farkla doğru orantılıdır: ​\(Q \sim(t_2-t_1) \) .

4. Şimdi bir kaba 100 gr su dökülürse ve benzer başka bir kaba biraz su dökülürse ve içine kütlesi ve su kütlesi 100 gr olacak şekilde metal bir gövde yerleştirilir ve kaplar aynı sıcaklıkta ısıtılırsa kiremit, o zaman sadece su içeren bir kapta, su ve metal gövde içeren bir kaptan daha düşük bir sıcaklığa sahip olacağı görülebilir. Bu nedenle, her iki kaptaki içeriklerin sıcaklığının aynı olması için, suya ve metal gövdeye olduğundan daha fazla miktarda ısının suya aktarılması gerekir. Bu nedenle, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı, bu cismin yapıldığı maddenin cinsine bağlıdır.

5. Vücudu ısıtmak için gereken ısı miktarının maddenin türüne bağımlılığı şu şekilde karakterize edilir: fiziksel miktar isminde bir maddenin özgül ısı kapasitesi.

1 kg'lık bir maddeyi 1 °C (veya 1 K) kadar ısıtmak için verilmesi gereken ısı miktarına eşit fiziksel niceliğe maddenin özgül ısısı denir.

1 kg madde 1 °C'ye soğutulduğunda aynı miktarda ısı verir.

Özgül ısı kapasitesi ​ \ (c \) harfi ile gösterilir. Özgül ısı kapasitesinin birimi 1 J/kg °C veya 1 J/kg K'dir.

Maddelerin özgül ısı kapasitesi değerleri deneysel olarak belirlenir. Sıvıların özgül ısı kapasitesi metallerden daha yüksektir; Su en yüksek özgül ısı kapasitesine sahiptir, altın çok küçük bir özgül ısı kapasitesine sahiptir.

Kurşunun özgül ısı kapasitesi 140 J/kg °C'dir. Bu, 1 kg kurşunu 1 °C ısıtmak için 140 J ısı harcamak gerektiği anlamına gelir. 1 kg su 1 °C soğuduğunda aynı miktarda ısı açığa çıkacaktır.

Isı miktarı cismin iç enerjisindeki değişime eşit olduğu için özgül ısı kapasitesi bir maddenin 1 kg'lık sıcaklığının 1 °C değişmesiyle iç enerjisinin ne kadar değiştiğini gösterir diyebiliriz. Özellikle 1 kg kurşunun iç enerjisi 1°C ısıtıldığında 140 J artar, soğutulduğunda ise 140 J azalır.

Kütlesi ​\(m \) ​ olan bir cismi \((t_1\,^\circ C) \) sıcaklığından \((t_2\, ^\circ C) \) , maddenin özgül ısısı, vücut kütlesi ve son ve başlangıç ​​sıcaklıkları arasındaki farkın ürününe eşittir, yani

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

Aynı formül, vücudun soğuduğunda verdiği ısı miktarını hesaplamak için kullanılır. Sadece bu durumda son sıcaklık başlangıç ​​sıcaklığından çıkarılmalıdır, yani; Küçük sıcaklığı büyük sıcaklıktan çıkarın.

6. Problem çözümü örneği. 80°C sıcaklıkta 200 g su içeren bir beher, 20°C sıcaklıkta 100 g su ile doldurulur. Bundan sonra, kapta 60 °C'lik bir sıcaklık oluşturulmuştur. Soğuk su tarafından alınan ve sıcak su tarafından verilen ısı miktarı ne kadardır?

Bir sorunu çözerken, aşağıdaki işlem sırasını gerçekleştirmelisiniz:

  1. sorunun durumunu kısaca yazınız;
  2. miktarların değerlerini SI'ya dönüştürmek;
  3. sorunu analiz edin, hangi cisimlerin ısı alışverişine katıldığını, hangi cisimlerin enerji verdiğini ve hangilerinin aldığını belirleyin;
  4. içindeki sorunu çöz Genel görünüm;
  5. hesaplamalar yapmak;
  6. alınan yanıtı analiz edin.

1. Görev.

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

​\(S_1 \) ​ — ? ​\(S_2 \) ​ — ?
​ \ (c_1 \) ​ \u003d 4200 J / kg ° С

2. Sİ:\\ (m_1 \) \u003d 0,2 kg; ​ \ (m_2 \) \u003d 0,1 kg.

3. Görev Analizi. Problem, sıcak ve sıcak arasındaki ısı alışverişi sürecini açıklar. soğuk su. Sıcak suısı miktarını verir ​\(Q_1 \) ​ ve sıcaklıktan ​\(t_1 \) ​ sıcaklığa ​\(t \) soğur. Soğuk suısı miktarını ​\(Q_2 \) ​ alır ve ​\(t_2 \) ​ sıcaklığından ​\(t \) ​ sıcaklığına kadar ısıtır.

4. Genel formda problemin çözümü. Sıcak su tarafından verilen ısı miktarı aşağıdaki formülle hesaplanır: ​\(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) .

Soğuk suyun aldığı ısı miktarı şu formülle hesaplanır: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

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

6. Cevapta sıcak suyun verdiği ısı miktarının soğuk suyun aldığı ısı miktarına eşit olduğu elde edilmiştir. Bu durumda idealize edilmiş bir durum ele alınmış ve suyun içinde bulunduğu cam ile çevresindeki havayı ısıtmak için belirli bir miktar ısı kullanıldığı dikkate alınmamıştır. Gerçekte, sıcak suyun verdiği ısı miktarı, soğuk suyun aldığı ısı miktarından daha fazladır.

Bölüm 1

1. Gümüşün özgül ısı kapasitesi 250 J/(kg °C)'dir. Bu ne anlama gelir?

1) 1 kg gümüş 250 °C'de soğutulurken 1 J ısı açığa çıkar.
2) 1 °C'de 250 kg gümüş soğutulduğunda, 1 J'lik bir ısı açığa çıkar
3) 250 kg gümüş 1 °C soğuduğunda 1 J kadar ısı emilir.
4) 1 kg gümüş 1°C soğuduğunda 250 J ısı açığa çıkar.

2. Çinkonun özgül ısı kapasitesi 400 J/(kg °C)'dir. Bu demektir

1) 1 kg çinko 400 °C'ye ısıtıldığında iç enerjisi 1 J artar.
2) 400 kg çinko 1 °C ısıtıldığında iç enerjisi 1 J artar.
3) 400 kg çinkoyu 1°C ısıtmak için 1 J enerji harcamak gerekir.
4) 1 kg çinko 1 °C ısıtıldığında iç enerjisi 400 J artar.

3. aktarırken sağlam vücut kütle ​\(m \) ​\(Q \) ​vücut sıcaklığı ​\(\Delta t^\circ \) arttı. Bu cisimdeki maddenin özgül ısı kapasitesini aşağıdaki ifadelerden hangisi belirler?

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

4. Şekil, sıcaklıkta aynı kütleye sahip iki cismi (1 ve 2) ısıtmak için gereken ısı miktarının bir grafiğini göstermektedir. Bu cisimlerin yapıldığı maddelerin özgül ısı kapasitesi (​\(c_1 \) ​ ve ​\(c_2 \) ) değerlerini karşılaştırın.

1) ​\(c_1=c_2 \) ​
2) ​\(c_1>c_2 \) ​
3) \(c_1 4) cevap, vücutların kütlesinin değerine bağlıdır

5. Diyagram, sıcaklıkları aynı sayıda derece değiştiğinde eşit kütleli iki cisme aktarılan ısı miktarının değerlerini göstermektedir. Vücutlarını oluşturan maddelerin özgül ısı kapasiteleri için hangi oran doğrudur?

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

6. Şekil, katı bir cismin sıcaklığının, verdiği ısı miktarına bağımlılığının bir grafiğini göstermektedir. Vücut ağırlığı 4 kg. Bu cismin maddesinin özgül ısı kapasitesi nedir?

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

7. 100 g ağırlığındaki kristal bir madde ısıtıldığında, maddenin sıcaklığı ve maddeye verilen ısı miktarı ölçülmüştür. Ölçüm verileri bir tablo şeklinde sunuldu. Enerji kayıplarının ihmal edilebileceğini varsayarak, katı haldeki bir maddenin özgül ısı kapasitesini belirleyin.

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

8. 192 g molibdeni 1 K ısıtmak için ona 48 J'lik bir ısı transfer etmek gerekir. Bu maddenin özgül ısı kapasitesi nedir?

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

9. 100 gr kurşunu 27'den 47 °C'ye ısıtmak için ne kadar ısı gerekir?

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

10. Bir tuğlayı 20 ila 85 °C arasında ısıtmak için, aynı kütleye sahip suyu 13 °C ısıtmak için harcanan ısı miktarı aynıydı. Bir tuğlanın özgül ısı kapasitesi,

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

11. Aşağıdaki listeden doğru olan iki tanesini seçip numaralarını tabloya yazınız.

1) Bir cismin sıcaklığı belirli derece arttığında aldığı ısı miktarı, sıcaklığı aynı derece düştüğünde verdiği ısı miktarına eşittir.
2) Bir madde soğutulduğunda iç enerjisi artar.
3) Bir maddenin ısıtıldığında aldığı ısı miktarı esas olarak moleküllerinin kinetik enerjisini arttırır.
4) Bir maddenin ısıtıldığında aldığı ısı miktarı, esas olarak moleküllerinin potansiyel etkileşim enerjisini artırmaya gider.
5) Bir cismin iç enerjisi ancak ona belli bir miktarda ısı verilerek değiştirilebilir.

12. Tablo, bakır veya silindirlerden yapılmış silindirlerin soğutulması sırasında açığa çıkan kütle ​\(m \) ​, sıcaklık değişimleri ​\(\Delta t \) ​ ve ısı miktarı ​\(Q \) ​ ölçümlerinin sonuçlarını gösterir. alüminyum.

Hangi ifadeler deneyin sonuçlarıyla tutarlıdır? Sağlanan listeden doğru ikisini seçin. Numaralarını listeleyin. Yapılan ölçümlere dayanarak, soğutma sırasında açığa çıkan ısı miktarının,

1) silindirin yapıldığı maddeye bağlıdır.
2) silindirin yapıldığı maddeye bağlı değildir.
3) silindirin kütlesi arttıkça artar.
4) Artan sıcaklık farkı ile artar.
5) Alüminyumun özgül ısı kapasitesi kalayın özgül ısı kapasitesinden 4 kat daha fazladır.

Bölüm 2

C1. 2 kg ağırlığındaki katı bir cisim 2 kw'lık bir fırına konur ve ısıtılır. Şekil, bu cismin ​\(t \) ​ sıcaklığının ısıtma süresine ​\(\tau \) bağımlılığını göstermektedir. Bir maddenin özgül ısı kapasitesi nedir?

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

Yanıtlar

Paylaşmak: