>>Physik: Berechnung der Wärmemenge, die zur Erwärmung des Körpers benötigt und von diesem beim Abkühlen abgegeben wird
Um zu lernen, wie man die Wärmemenge berechnet, die notwendig ist, um den Körper zu erwärmen, stellen wir zunächst fest, von welchen Mengen es abhängt.
Aus dem vorherigen Absatz wissen wir bereits, dass diese Wärmemenge von der Art der Substanz abhängt, aus der der Körper besteht (d. h. seiner spezifischen Wärmekapazität):
Q hängt von c ab
Aber das ist noch nicht alles.
Wenn wir das Wasser im Wasserkocher erhitzen wollen, damit es nur warm wird, dann werden wir es nicht lange erhitzen. Und damit das Wasser heiß wird, werden wir es länger erhitzen. Aber je länger der Wasserkocher mit der Heizung in Kontakt ist, desto mehr Wärme erhält er von ihr.
Je mehr sich also die Temperatur des Körpers beim Erhitzen ändert, desto mehr Wärme muss auf ihn übertragen werden.
Die Anfangstemperatur des Körpers sei gleich tini und die Endtemperatur - tfin. Dann wird die Änderung der Körpertemperatur durch die Differenz ausgedrückt:
Das weiß schließlich jeder Heizung Zum Beispiel brauchen 2 kg Wasser mehr Zeit (und damit mehr Wärme) als zum Erhitzen von 1 kg Wasser. Das bedeutet, dass die zum Aufheizen eines Körpers benötigte Wärmemenge von der Masse des Körpers abhängt:
Um die Wärmemenge zu berechnen, müssen Sie also die spezifische Wärmekapazität der Substanz kennen, aus der der Körper besteht, die Masse dieses Körpers und die Differenz zwischen seiner End- und Anfangstemperatur.
Angenommen, es soll bestimmt werden, wie viel Wärme benötigt wird, um ein Eisenteil mit einer Masse von 5 kg zu erhitzen, vorausgesetzt, seine Anfangstemperatur beträgt 20 °C und die Endtemperatur sollte 620 °C betragen.
Aus Tabelle 8 entnehmen wir, dass die spezifische Wärmekapazität von Eisen c = 460 J/(kg°C) beträgt. Das bedeutet, dass 460 J benötigt werden, um 1 kg Eisen um 1 °C zu erwärmen.
Um 5 kg Eisen um 1 °C zu erwärmen, wird die 5-fache Wärmemenge benötigt, d.h. 460 J * 5 = 2300 J.
Bügeleisen nicht um 1 °C erhitzen, sondern um EIN t \u003d 600 ° C, es wird weitere 600-mal mehr Wärme benötigt, d. H. 2300 J X 600 \u003d 1 380 000 J. Genau die gleiche Wärmemenge (im Modul) wird freigesetzt, wenn dieses Bügeleisen von 620 auf 20 ° C abkühlt .
Um also die Wärmemenge zu finden, die notwendig ist, um den Körper zu erwärmen oder die er beim Abkühlen freisetzt, müssen Sie die spezifische Wärme des Körpers mit seiner Masse und mit der Differenz zwischen seiner End- und Anfangstemperatur multiplizieren: 
??? 1. Nennen Sie Beispiele, die zeigen, dass die Wärmemenge, die ein Körper beim Erhitzen aufnimmt, von seiner Masse und Temperaturänderungen abhängt. 2. Nach welcher Formel wird die Wärmemenge berechnet, die benötigt wird, um den Körper zu erwärmen, oder wann von ihm abgegeben wird Kühlung?
S.V. Gromov, N.A. Heimat, Physik Klasse 8
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Wasser hat eine hohe spezifische Wärmekapazität, was zu einer guten Wärmeabfuhr aus dem Mechanismus beiträgt.
722. In welchem Fall sollte mehr Energie aufgewendet werden: um einen Liter Wasser um 1 °C zu erhitzen oder um hundert Gramm Wasser um 1 °C zu erhitzen?
Um einen Liter Wasser zu erhitzen, muss mehr Energie aufgewendet werden, je größer die Masse ist.
723. Kupfernickel- und Silbergabeln der gleichen Masse wurden in heißes Wasser getaucht. Erhalten sie die gleiche Wärmemenge aus Wasser?
Eine Kupfernickelgabel erhält mehr Wärme, da die spezifische Wärme von Kupfernickel größer ist als die von Silber.
724. Ein Stück Blei und ein Stück Gusseisen gleicher Masse wurden dreimal mit einem Vorschlaghammer geschlagen. Welcher Teil wurde heißer?
Blei erwärmt sich stärker, da seine spezifische Wärmekapazität geringer als bei Gusseisen ist und weniger Energie benötigt wird, um das Blei zu erhitzen.
725. Der eine Kolben enthält Wasser, der andere Kerosin von gleicher Masse und Temperatur. In jeden Kolben wurde ein gleich erhitzter Eisenwürfel geworfen. Was erwärmt sich auf eine höhere Temperatur - Wasser oder Kerosin?
Kerosin.
726. Warum sind die Temperaturschwankungen im Winter und Sommer in Städten an der Meeresküste weniger stark als in Städten im Landesinneren?
Wasser erwärmt sich und kühlt langsamer ab als Luft. Im Winter kühlt es ab und bewegt warme Luftmassen an Land, wodurch das Klima an der Küste wärmer wird.
727. Die spezifische Wärmekapazität von Aluminium beträgt 920 J/kg °C. Was bedeutet das?
Das bedeutet, dass 920 J benötigt werden, um 1 kg Aluminium um 1 °C zu erwärmen.
728. Aluminium- und Kupferbarren der gleichen Masse von 1 kg werden um 1 °C gekühlt. Wie stark ändert sich die innere Energie jedes Blocks? Welche Bar ändert sich mehr und um wie viel?
729. Welche Wärmemenge ist nötig, um ein Kilogramm Eisenbarren um 45 °C zu erhitzen?
730. Wie viel Wärme ist erforderlich, um 0,25 kg Wasser von 30 °C auf 50 °C zu erhitzen?
731. Wie ändert sich die innere Energie von zwei Litern Wasser bei Erwärmung um 5 °C?
732. Wie viel Wärme wird benötigt, um 5 g Wasser von 20 °C auf 30 °C zu erhitzen?
733. Welche Wärmemenge ist nötig, um eine 0,03 kg schwere Aluminiumkugel auf 72 °C zu erhitzen?
734. Berechnen Sie die Wärmemenge, die benötigt wird, um 15 kg Kupfer um 80 °C zu erhitzen.
735. Berechnen Sie die Wärmemenge, die benötigt wird, um 5 kg Kupfer von 10 °C auf 200 °C zu erhitzen.
736. Welche Wärmemenge ist erforderlich, um 0,2 kg Wasser von 15 °C auf 20 °C zu erwärmen?
737. Wasser mit einem Gewicht von 0,3 kg ist um 20 °C abgekühlt. Um wie viel wird die innere Energie des Wassers reduziert?
738. Wie viel Wärme wird benötigt, um 0,4 kg Wasser mit einer Temperatur von 20 °C auf eine Temperatur von 30 °C zu erwärmen?
739. Wie viel Wärme wird aufgewendet, um 2,5 kg Wasser um 20 °C zu erwärmen?
740. Wie viel Wärme wurde freigesetzt, als 250 g Wasser von 90 °C auf 40 °C abkühlten?
741. Wie viel Wärme ist erforderlich, um 0,015 Liter Wasser um 1 °C zu erwärmen?
742. Wie viel Wärme muss berechnet werden, um einen Teich mit einem Volumen von 300 m3 um 10 °C zu erwärmen?
743. Wie viel Wärme muss 1 kg Wasser zugeführt werden, um seine Temperatur von 30 °C auf 40 °C zu erhöhen?
744. Wasser mit einem Volumen von 10 Litern hat sich von einer Temperatur von 100 °C auf eine Temperatur von 40 °C abgekühlt. Wie viel Wärme wird dabei freigesetzt?
745. Berechnen Sie die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 m3 Sand um 60 °C zu erwärmen.
746. Luftvolumen 60 m3, spezifische Wärmekapazität 1000 J/kg °C, Luftdichte 1,29 kg/m3. Wie viel Wärme wird benötigt, um sie auf 22 °C zu erwärmen?
747. Wasser wurde um 10 ° C erhitzt, wobei 4,20 103 J Wärme verbraucht wurden. Bestimmen Sie die Wassermenge.
748. Wasser mit einem Gewicht von 0,5 kg meldete 20,95 kJ Wärme. Wie hoch war die Wassertemperatur, wenn die Anfangstemperatur des Wassers 20 °C betrug?
749. 8 kg Wasser von 10 °C werden in einen 2,5 kg schweren Kupfertopf gegossen. Wie viel Hitze braucht man, um das Wasser in einem Topf zum Kochen zu bringen?
750. Ein Liter Wasser mit einer Temperatur von 15 ° C wird in eine Kupferpfanne mit einem Gewicht von 300 g gegossen.Wie viel Wärme ist erforderlich, um das Wasser in der Pfanne um 85 ° C zu erhitzen?
751. Ein Stück erhitzter Granit mit einem Gewicht von 3 kg wird in Wasser gelegt. Granit überträgt 12,6 kJ Wärme auf Wasser und kühlt um 10 °C ab. Wie groß ist die spezifische Wärmekapazität des Steins?
752. Heißes Wasser bei 50°C wurde zu 5 kg Wasser bei 12°C gegeben, wodurch eine Mischung mit einer Temperatur von 30°C erhalten wurde. Wie viel Wasser wurde hinzugefügt?
753. Wasser bei 20°C wurde zu 3 Liter Wasser bei 60°C gegeben, um Wasser bei 40°C zu erhalten. Wie viel Wasser wurde hinzugefügt?
754. Welche Temperatur hat die Mischung, wenn 600 g Wasser von 80 °C mit 200 g Wasser von 20 °C gemischt werden?
755. Ein Liter Wasser bei 90°C wurde in Wasser bei 10°C gegossen, und die Temperatur des Wassers wurde 60°C. Wie viel kaltes Wasser war da?
756. Bestimmen Sie, wie viel auf 60 °C erhitztes heißes Wasser in ein Gefäß gefüllt werden muss, wenn das Gefäß bereits 20 Liter kaltes Wasser mit einer Temperatur von 15 °C enthält; die Temperatur der Mischung sollte 40 °C betragen.
757. Bestimmen Sie, wie viel Wärme benötigt wird, um 425 g Wasser um 20 °C zu erwärmen.
758. Um wie viel Grad erwärmen sich 5 kg Wasser, wenn das Wasser 167,2 kJ erhält?
759. Wie viel Wärme ist erforderlich, um m Gramm Wasser von einer Temperatur t1 auf eine Temperatur t2 zu erhitzen?
760. 2 kg Wasser werden mit einer Temperatur von 15 °C in das Kalorimeter gegossen. Auf welche Temperatur erwärmt sich das Wasser des Kalorimeters, wenn ein auf 100 °C erhitztes Messinggewicht von 500 g hineingelassen wird? Die spezifische Wärmekapazität von Messing beträgt 0,37 kJ/(kg °C).
761. Es gibt Kupfer-, Zinn- und Aluminiumstücke von gleichem Volumen. Welches dieser Stücke hat die größte und welches die kleinste Wärmekapazität?
762. 450 g Wasser, dessen Temperatur 20°C beträgt, wurden in das Kalorimeter gegossen. Als 200 g auf 100°C erhitzte Eisenspäne in dieses Wasser eingetaucht wurden, wurde die Temperatur des Wassers 24°C. Bestimmen Sie die spezifische Wärmekapazität von Sägemehl.
763. Ein 100 g schweres Kupferkalorimeter fasst 738 g Wasser, dessen Temperatur 15 °C beträgt. 200 g Kupfer wurden in dieses Kalorimeter bei einer Temperatur von 100°C abgesenkt, wonach die Temperatur des Kalorimeters auf 17°C anstieg. Wie groß ist die spezifische Wärmekapazität von Kupfer?
764. Eine 10 g schwere Stahlkugel wird aus dem Ofen genommen und in 10 °C warmes Wasser getaucht. Die Wassertemperatur stieg auf 25°C. Welche Temperatur hatte die Kugel im Ofen, wenn die Wassermasse 50 g beträgt? Die spezifische Wärmekapazität von Stahl beträgt 0,5 kJ/(kg °C).
770. Ein 2 kg schwerer Stahlmeißel wurde auf eine Temperatur von 800 °C erhitzt und dann in ein Gefäß mit 15 Liter Wasser von 10 °C abgesenkt. Auf welche Temperatur wird das Wasser im Gefäß erhitzt?
(Hinweis. Um dieses Problem zu lösen, muss eine Gleichung erstellt werden, in der die gewünschte Temperatur des Wassers im Behälter nach dem Absenken des Schneidwerkzeugs als Unbekannte angenommen wird.)
771. Welche Temperatur bekommt Wasser, wenn man 0,02 kg Wasser von 15 °C, 0,03 kg Wasser von 25 °C und 0,01 kg Wasser von 60 °C mischt?
772. Das Heizen einer gut belüfteten Klasse erfordert eine Wärmemenge von 4,19 MJ pro Stunde. Wasser tritt mit 80 °C in die Heizkörper ein und mit 72 °C wieder aus. Wie viel Wasser soll den Heizkörpern stündlich zugeführt werden?
773. Blei mit einem Gewicht von 0,1 kg bei einer Temperatur von 100 °C wurde in ein Kalorimeter aus Aluminium mit einem Gewicht von 0,04 kg getaucht, das 0,24 kg Wasser mit einer Temperatur von 15 °C enthielt. Danach wurde im Kalorimeter die Temperatur von 16 °C eingestellt. Wie groß ist die spezifische Wärmekapazität von Blei?
Gliederungsplan
offener Physikunterricht in 8 E-Klasse
MOU Gymnasium Nr. 77, o. Toljatti
Physiklehrer
Iwanowa Maria Konstantinowna
Unterrichtsthema:
Lösen von Problemen zur Berechnung der Wärmemenge, die zum Erwärmen des Körpers erforderlich ist oder von ihm beim Abkühlen freigesetzt wird.
Das Datum der:
Das Ziel des Unterrichts:
Entwicklung praktischer Fähigkeiten zur Berechnung der zum Heizen erforderlichen und beim Kühlen freigesetzten Wärmemenge;
Entwicklung von Zählfähigkeiten, Verbesserung der logischen Fähigkeiten bei der Analyse der Problemdarstellung, Lösung qualitativer und rechnerischer Probleme;
um die Fähigkeit zu entwickeln, in Paaren zu arbeiten, die Meinung des Gegners zu respektieren und seinen Standpunkt zu verteidigen, seien Sie vorsichtig bei der Erledigung von Aufgaben in Physik.
Unterrichtsausstattung:
Computer, Projektor, Präsentation zum Thema (Anhang Nr. 1), Materialien aus einer einzigen Sammlung digitaler Bildungsressourcen.
Unterrichtsart:
Probleme lösen.
„Stecke deinen Finger in die Flamme eines Streichholzes und du wirst ein Gefühl erleben, das im Himmel und auf Erden nicht gleich ist; Alles, was passiert ist, ist jedoch einfach das Ergebnis von Kollisionen von Molekülen.
J.Wheeler
Während des Unterrichts:
Zeit organisieren
Studenten grüßen.
Prüfung auf abwesende Schüler.
Präsentation des Themas und der Ziele des Unterrichts.
Überprüfung der Hausaufgaben.
1.Frontaler Überblick
Wie groß ist die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes? (Folie Nr. 1)
Was ist die Einheit der spezifischen Wärmekapazität eines Stoffes?
Warum gefrieren Gewässer langsam? Warum verlässt das Eis lange nicht Flüsse und vor allem Seen, obwohl das Wetter schon lange warm ist?
Warum ist es an der Schwarzmeerküste des Kaukasus auch im Winter warm genug?
Warum kühlen manche Metalle viel schneller ab als Wasser? (Folie Nr. 2)
2. Individuelle Befragung (Karten mit mehrstufigen Aufgaben für mehrere Schüler)
Erkundung eines neuen Themas.
1. Wiederholung des Konzepts der Wärmemenge.
Wärmemenge- ein quantitatives Maß für die Änderung der inneren Energie während der Wärmeübertragung.
Die vom Körper aufgenommene Wärmemenge wird als positiv, die abgegebene Wärmemenge als negativ angesehen. Der Ausdruck „der Körper hat eine bestimmte Wärmemenge“ oder „der Körper enthält (gespeichert) eine gewisse Wärmemenge“ ist nicht sinnvoll. Die Wärmemenge kann in jedem Prozess empfangen oder abgegeben werden, aber sie kann nicht besessen werden.
Beim Wärmeaustausch an der Grenze zwischen Körpern treten langsam bewegte Moleküle eines kalten Körpers in Wechselwirkung mit schnell bewegten Molekülen eines heißen Körpers. Dadurch gleichen sich die kinetischen Energien der Moleküle an und die Geschwindigkeiten der Moleküle eines kalten Körpers nehmen zu, während die eines heißen Körpers abnehmen.
Beim Wärmeaustausch findet keine Energieumwandlung von einer Form in eine andere statt, sondern ein Teil der inneren Energie eines heißen Körpers wird auf einen kalten Körper übertragen.
2. Die Formel für die Wärmemenge.
Wir leiten eine Arbeitsformel ab, um Probleme zur Berechnung der Wärmemenge zu lösen: Q = cm ( t 2 - t 1 ) - Schreiben an der Tafel und in Heften.
Wir finden heraus, dass die vom Körper abgegebene oder aufgenommene Wärmemenge von der Ausgangstemperatur des Körpers, seiner Masse und seiner spezifischen Wärmekapazität abhängt.
In der Praxis wird häufig auf thermische Berechnungen zurückgegriffen. Beispielsweise muss beim Bau von Gebäuden berücksichtigt werden, wie viel Wärme die gesamte Heizungsanlage an das Gebäude abgeben soll. Sie sollten auch wissen, wie viel Wärme durch Fenster, Wände und Türen in den umgebenden Raum gelangt.
3 . Die Abhängigkeit der Wärmemenge von verschiedenen Größen . (Folien Nr. 3, Nr. 4, Nr. 5, Nr. 6)
4 . Spezifische Wärme (Folie Nummer 7)
5. Einheiten zur Messung der Wärmemenge (Folie Nummer 8)
6. Ein Beispiel für die Lösung eines Problems zur Berechnung der Wärmemenge (Folie Nummer 10)
7. Lösen von Problemen zur Berechnung der Wärmemenge auf der Platine und in Notebooks
Wir finden auch heraus, dass, wenn Wärmeaustausch zwischen Körpern stattfindet, die innere Energie aller heizenden Körper um so viel zunimmt, wie die innere Energie von kühlenden Körpern abnimmt. Dazu verwenden wir ein Beispiel einer gelösten Aufgabe aus § 9 des Lehrbuchs.
Dynamische Pause.
IV. Konsolidierung des studierten Materials.
1. Fragen zur Selbstkontrolle (Folie Nummer 9)
2. Qualitätsprobleme lösen:
Warum ist es in Wüsten tagsüber heiß, aber nachts sinkt die Temperatur unter 0°C? (Sand hat eine geringe spezifische Wärmekapazität, heizt sich also schnell auf und kühlt ab.)
Ein Stück Blei und ein Stück Stahl gleicher Masse wurden gleich oft mit einem Hammer geschlagen. Welches Stück wurde heißer? Wieso den? (Das Bleistück erwärmt sich mehr, weil die spezifische Wärmekapazität von Blei geringer ist.)
Warum heizen Eisenöfen einen Raum schneller auf als gemauerte Öfen, bleiben aber nicht so lange warm? (Die spezifische Wärmekapazität von Kupfer ist geringer als die von Ziegeln.)
Kupfer- und Stahlgewichte gleicher Masse erhalten gleiche Wärmemengen. Welches Gewicht verändert die Temperatur am meisten? (Bei Kupfer, weil die spezifische Wärmekapazität von Kupfer ist geringer.)
Was verbraucht mehr Energie: das Erhitzen von Wasser oder das Erhitzen einer Aluminiumpfanne, wenn ihre Massen gleich sind? (Zum Erhitzen von Wasser, da die spezifische Wärmekapazität von Wasser groß ist.)
Wie Sie wissen, hat Eisen eine höhere spezifische Wärmekapazität als Kupfer. Folglich hätte ein Stachel aus Eisen eine größere Zufuhr an innerer Energie als derselbe Stachel aus Kupfer, wenn ihre Massen und Temperaturen gleich sind. Warum sind Lötkolbenspitzen trotzdem aus Kupfer? (Kupfer hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit.)
Es ist bekannt, dass die Wärmeleitfähigkeit von Metall viel größer ist als die Wärmeleitfähigkeit von Glas. Warum sind Kalorimeter dann aus Metall und nicht aus Glas? (Das Metall hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe spezifische Wärme, wodurch sich die Temperatur im Inneren des Kalorimeters schnell ausgleicht und wenig Wärme zum Erhitzen aufgewendet wird. Außerdem ist die Metallstrahlung viel geringer als die Glasstrahlung, was den Wärmeverlust reduziert.)
Es ist bekannt, dass loser Schnee den Boden gut vor dem Einfrieren schützt, weil er viel Luft enthält, die ein schlechter Wärmeleiter ist. Aber immerhin grenzen auch Luftschichten an den Boden, der nicht mit Schnee bedeckt ist. Warum friert sie dann nicht viel in diesem Fall? (Die Luft, die mit dem nicht schneebedeckten Boden in Kontakt kommt, ist ständig in Bewegung und gemischt. Diese sich bewegende Luft entzieht der Erde Wärme und erhöht die Verdunstung von Feuchtigkeit. Die Luft, die sich zwischen den Schneepartikeln befindet, ist inaktiv und schützt als schlechter Wärmeleiter die Erde vor dem Gefrieren.)
3. Lösung von Rechenaufgaben
Die ersten beiden Aufgaben werden von hochmotivierten Schülern an der Tafel in gemeinsamer Diskussion gelöst. Wir finden die richtigen Ansätze im Denken und Lösen von Problemen.
Aufgabe 1.
Beim Erhitzen eines Kupferstücks von 20 °C auf 170 °C wurden 140.000 J Wärme aufgewendet. Bestimmen Sie die Masse von Kupfer.
Aufgabe Nr. 2
Wie groß ist die spezifische Wärmekapazität einer Flüssigkeit, wenn 150.000 J benötigt würden, um 2 Liter davon um 20 °C zu erwärmen. Die Dichte der Flüssigkeit beträgt 1,5 g/cm³
Die Schülerinnen und Schüler beantworten paarweise folgende Fragen:
Aufgabe Nummer 3.
Zwei Kupferkugeln der Masse m Ö und 4 m Ö so erhitzt, dass beide Kugeln die gleiche Wärmemenge erhalten. Gleichzeitig erwärmte sich die große Kugel um 5° C. Wie stark erwärmte sich die Kugel mit der kleineren Masse?
Aufgabe Nummer 4.
Wie viel Wärme wird freigesetzt, wenn 4 m³ Eis von 10°C auf -40°C abgekühlt werden?
Aufgabe Nummer 5.
In diesem Fall wird mehr Wärme benötigt, um zwei Stoffe zu erhitzen, wenn die Erhitzung zweier Stoffe gleich ∆ ist t 1 = ∆t 2 Die erste Substanz ist ein Ziegelstein mit einer Masse von 2 kg und s = 880 J / kg ∙ ° C und Messing - einer Masse von 2 kg und s \u003d 400 J / kg ∙ ° C
Aufgabe Nummer 6.
Ein Stahlstab der Masse 4 kg wird erhitzt. In diesem Fall wurden 200.000 J Wärme verbraucht. Bestimmen Sie die endgültige Körpertemperatur, wenn die Anfangstemperatur ist t 0 = 10 °C
Wenn Schüler Probleme selbstständig lösen, tauchen natürlich Fragen auf. Die am häufigsten gestellten Fragen werden gemeinsam besprochen. Fragen, die privater Natur sind, werden individuell beantwortet.
Betrachtung. Marken setzen.
Lehrer: Also, Leute, was habt ihr heute im Unterricht gelernt und was habt ihr neu gelernt?
Beispielantworten von Schülern :
Erarbeitete die Fähigkeiten zur Lösung qualitativer und rechnerischer Probleme zum Thema "Berechnung der Wärmemenge, die zum Erwärmen des Körpers erforderlich ist und beim Abkühlen freigesetzt wird".
Wir haben uns in der Praxis davon überzeugt, wie sich Fächer wie Physik und Mathematik überschneiden und miteinander verbunden sind.
Hausaufgaben:
Lösen Sie die Aufgaben Nr. 1024, 1025 aus der Aufgabensammlung von V.I. Lukaschik, E. V. Ivanova.
Stellen Sie sich unabhängig ein Problem zur Berechnung der Wärmemenge, die zum Erhitzen des Körpers erforderlich ist oder von ihm beim Abkühlen freigesetzt wird.
« Physik - Klasse 10 "
Bei welchen Prozessen findet eine Aggregatumwandlung von Materie statt?
Wie kann der Aggregatzustand verändert werden?
Sie können die innere Energie eines jeden Körpers verändern, indem Sie Arbeit verrichten, ihn erhitzen oder umgekehrt kühlen.
Beim Schmieden eines Metalls wird also Arbeit verrichtet und erhitzt, während gleichzeitig das Metall über einer brennenden Flamme erhitzt werden kann.
Auch wenn der Kolben fixiert ist (Abb. 13.5), ändert sich das Gasvolumen beim Erhitzen nicht und es wird keine Arbeit verrichtet. Aber die Temperatur des Gases und damit seine innere Energie steigt.
Die innere Energie kann zunehmen und abnehmen, sodass die Wärmemenge positiv oder negativ sein kann.
Der Vorgang, Energie von einem Körper auf einen anderen zu übertragen, ohne Arbeit zu leisten, wird als Energie bezeichnet Wärmeaustausch.
Als quantitatives Maß wird die Änderung der inneren Energie bei der Wärmeübertragung bezeichnet Menge an Wärme.
Molekulares Bild der Wärmeübertragung.
Beim Wärmeaustausch an der Grenze zwischen Körpern treten langsam bewegte Moleküle eines kalten Körpers in Wechselwirkung mit schnell bewegten Molekülen eines heißen Körpers. Dadurch gleichen sich die kinetischen Energien der Moleküle an und die Geschwindigkeiten der Moleküle eines kalten Körpers nehmen zu, während die eines heißen Körpers abnehmen.
Beim Wärmeaustausch findet keine Energieumwandlung von einer Form in eine andere statt, ein Teil der inneren Energie eines heißeren Körpers wird auf einen weniger erhitzten Körper übertragen.
Wärmemenge und Wärmekapazität.
Sie wissen bereits, dass, um einen Körper mit der Masse m von der Temperatur t 1 auf die Temperatur t 2 zu erwärmen, die Wärmemenge auf ihn übertragen werden muss:
Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cm Δt. (13.5)
Wenn der Körper abkühlt, stellt sich heraus, dass seine Endtemperatur t 2 kleiner als die Anfangstemperatur t 1 ist und die vom Körper abgegebene Wärmemenge negativ ist.
Der Koeffizient c in Formel (13.5) wird aufgerufen spezifische Wärmekapazität Substanzen.
Spezifische Wärme- Dies ist ein numerischer Wert, der der Wärmemenge entspricht, die ein Stoff mit einer Masse von 1 kg aufnimmt oder abgibt, wenn sich seine Temperatur um 1 K ändert.
Die spezifische Wärmekapazität von Gasen hängt von dem Prozess ab, durch den Wärme übertragen wird. Wenn Sie ein Gas bei konstantem Druck erhitzen, dehnt es sich aus und verrichtet Arbeit. Um ein Gas bei konstantem Druck um 1 °C zu erwärmen, muss mehr Wärme übertragen werden als bei konstantem Volumen, wenn sich das Gas nur erwärmt.
Flüssigkeiten und Feststoffe dehnen sich bei Erwärmung leicht aus. Ihre spezifischen Wärmekapazitäten bei konstantem Volumen und konstantem Druck unterscheiden sich kaum.
Spezifische Verdampfungswärme.
Um eine Flüssigkeit während des Siedevorgangs in Dampf umzuwandeln, muss ihr eine bestimmte Wärmemenge zugeführt werden. Die Temperatur einer Flüssigkeit ändert sich beim Sieden nicht. Die Umwandlung von Flüssigkeit in Dampf bei konstanter Temperatur führt nicht zu einer Erhöhung der kinetischen Energie von Molekülen, sondern geht mit einer Erhöhung der potentiellen Energie ihrer Wechselwirkung einher. Schließlich ist der durchschnittliche Abstand zwischen Gasmolekülen viel größer als zwischen Flüssigkeitsmolekülen.
Der Wert, der numerisch gleich der Wärmemenge ist, die erforderlich ist, um 1 kg Flüssigkeit bei konstanter Temperatur in Dampf umzuwandeln, wird genannt spezifische Verdampfungswärme.
Der Prozess der Flüssigkeitsverdampfung findet bei jeder Temperatur statt, während die schnellsten Moleküle die Flüssigkeit verlassen und sie während der Verdampfung abkühlt. Die spezifische Verdampfungswärme ist gleich der spezifischen Verdampfungswärme.
Dieser Wert wird mit dem Buchstaben r bezeichnet und in Joule pro Kilogramm (J / kg) ausgedrückt.
Die spezifische Verdampfungswärme von Wasser ist sehr hoch: r H20 = 2,256 · 10 6 J/kg bei einer Temperatur von 100 °C. In anderen Flüssigkeiten wie Alkohol, Äther, Quecksilber, Kerosin ist die spezifische Verdampfungswärme 3-10 Mal geringer als die von Wasser.
Um eine Flüssigkeit der Masse m in Dampf umzuwandeln, ist eine Wärmemenge erforderlich, die gleich ist:
Q p \u003d rm. (13.6)
Beim Kondensieren von Dampf wird die gleiche Wärmemenge freigesetzt:
Q k \u003d -rm. (13.7)
Spezifische Schmelzwärme.
Wenn ein kristalliner Körper schmilzt, erhöht die gesamte ihm zugeführte Wärme die potenzielle Energie der Wechselwirkung von Molekülen. Die kinetische Energie der Moleküle ändert sich nicht, da das Schmelzen bei konstanter Temperatur erfolgt.
Der Wert, der numerisch gleich der Wärmemenge ist, die erforderlich ist, um eine kristalline Substanz mit einem Gewicht von 1 kg bei einem Schmelzpunkt in eine Flüssigkeit umzuwandeln, wird genannt spezifische Schmelzwärme und werden mit dem Buchstaben λ bezeichnet.
Bei der Kristallisation eines Stoffes mit einer Masse von 1 kg wird genau so viel Wärme freigesetzt wie beim Schmelzen aufgenommen wird.
Die spezifische Schmelzwärme von Eis ist ziemlich hoch: 3,34 10 5 J/kg.
„Hätte Eis keine hohe Schmelzwärme, müsste im Frühjahr die gesamte Eismasse in wenigen Minuten oder Sekunden schmelzen, da aus der Luft ständig Wärme auf das Eis übertragen wird. Die Folgen davon wären schlimm; schließlich kommt es auch in der jetzigen Situation zu großen Überschwemmungen und starken Wassermassen, wenn große Eis- oder Schneemassen schmelzen. R. Schwarz, 18. Jahrhundert
Um einen kristallinen Körper der Masse m zu schmelzen, ist eine Wärmemenge erforderlich, die gleich ist:
Qpl \u003d λm. (13.8)
Die bei der Kristallisation des Körpers freigesetzte Wärmemenge ist gleich:
Qcr = -λm (13.9)
Wärmebilanzgleichung.
Betrachten Sie den Wärmeaustausch in einem System, das aus mehreren Körpern besteht, die anfänglich unterschiedliche Temperaturen haben, z. B. den Wärmeaustausch zwischen Wasser in einem Gefäß und einer heißen Eisenkugel, die in Wasser getaucht wird. Nach dem Energieerhaltungssatz ist die von einem Körper abgegebene Wärmemenge numerisch gleich der von einem anderen aufgenommenen Wärmemenge.
Die abgegebene Wärmemenge wird als negativ betrachtet, die empfangene Wärmemenge als positiv. Daher ist die Gesamtwärmemenge Q1 + Q2 = 0.
Wenn in einem isolierten System Wärmeaustausch zwischen mehreren Körpern stattfindet, dann
Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)
Gleichung (13.10) wird aufgerufen Wärmebilanzgleichung.
Hier Q 1 Q 2 , Q 3 - die von den Körpern aufgenommene oder abgegebene Wärmemenge. Diese Wärmemengen werden durch Formel (13.5) bzw. Formeln (13.6) - (13.9) ausgedrückt, wenn beim Prozess der Wärmeübertragung (Schmelzen, Kristallisieren, Verdampfen, Kondensieren) verschiedene Phasenumwandlungen des Stoffes auftreten.
(oder Wärmeübertragung).
Spezifische Wärmekapazität eines Stoffes.
Wärmekapazität ist die Wärmemenge, die der Körper bei einer Erwärmung um 1 Grad aufnimmt.
Die Wärmekapazität des Körpers wird durch einen lateinischen Großbuchstaben angegeben Mit.
Was bestimmt die Wärmekapazität eines Körpers? Zunächst einmal von seiner Masse. Es ist klar, dass das Erhitzen von beispielsweise 1 Kilogramm Wasser mehr Wärme erfordert als das Erhitzen von 200 Gramm.
Was ist mit der Art der Substanz? Machen wir ein Experiment. Nehmen wir zwei identische Gefäße und gießen Wasser mit einem Gewicht von 400 g in das eine und Pflanzenöl mit einem Gewicht von 400 g in das andere und beginnen, sie mit Hilfe identischer Brenner zu erhitzen. Wenn wir die Messwerte von Thermometern beobachten, werden wir sehen, dass sich das Öl schnell erwärmt. Um Wasser und Öl auf die gleiche Temperatur zu erhitzen, muss das Wasser länger erhitzt werden. Aber je länger wir das Wasser erhitzen, desto mehr Wärme erhält es vom Brenner.
Um also die gleiche Masse verschiedener Substanzen auf die gleiche Temperatur zu erhitzen, sind unterschiedliche Wärmemengen erforderlich. Die zur Erwärmung eines Körpers benötigte Wärmemenge und damit auch seine Wärmekapazität hängen von der Art des Stoffes ab, aus dem dieser Körper besteht.
Um beispielsweise die Temperatur von Wasser mit einer Masse von 1 kg um 1 ° C zu erhöhen, ist eine Wärmemenge von 4200 J erforderlich, und um dieselbe Masse Sonnenblumenöl um 1 ° C zu erwärmen, eine Menge von Wärme von 1700 J ist erforderlich.
Die physikalische Größe, die angibt, wie viel Wärme benötigt wird, um 1 kg eines Stoffes um 1 ºС zu erwärmen, heißt spezifische Wärme diese Substanz.
Jeder Stoff hat seine eigene spezifische Wärmekapazität, die mit dem lateinischen Buchstaben c bezeichnet und in Joule pro Kilogramm-Grad (J / (kg ° C)) gemessen wird.
Die spezifische Wärmekapazität des gleichen Stoffes in verschiedenen Aggregatzuständen (fest, flüssig und gasförmig) ist unterschiedlich. Beispielsweise beträgt die spezifische Wärmekapazität von Wasser 4200 J/(kg ºС) und die spezifische Wärmekapazität von Eis 2100 J/(kg ºС); Aluminium hat im festen Zustand eine spezifische Wärmekapazität von 920 J/(kg - °C), im flüssigen Zustand von 1080 J/(kg - °C).
Beachten Sie, dass Wasser eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität hat. Daher nimmt das Wasser in den Meeren und Ozeanen, das sich im Sommer erwärmt, viel Wärme aus der Luft auf. Aus diesem Grund ist der Sommer an Orten, die sich in der Nähe großer Gewässer befinden, nicht so heiß wie an Orten, die weit vom Wasser entfernt sind.
Berechnung der Wärmemenge, die zur Erwärmung des Körpers benötigt oder von ihm beim Abkühlen abgegeben wird.
Aus dem Vorhergehenden ist klar, dass die zum Erwärmen des Körpers erforderliche Wärmemenge von der Art der Substanz, aus der der Körper besteht (d. h. seiner spezifischen Wärmekapazität), und von der Masse des Körpers abhängt. Es ist auch klar, dass die Wärmemenge davon abhängt, um wie viel Grad wir die Körpertemperatur erhöhen werden.
Um also die Wärmemenge zu bestimmen, die zum Erwärmen des Körpers erforderlich ist oder von ihm beim Abkühlen freigesetzt wird, müssen Sie die spezifische Wärme des Körpers mit seiner Masse und mit der Differenz zwischen seiner End- und Anfangstemperatur multiplizieren:
Q = cm (t 2 - t 1 ) ,
wo Q- Wärmemenge, c ist die spezifische Wärmekapazität, m- Körpermasse , t 1 - Anfangstemperatur, t 2 ist die Endtemperatur.
Wenn der Körper erhitzt wird t 2 > t 1 und daher Q > 0 . Wenn der Körper gekühlt wird t 2und< t 1 und daher Q< 0 .
Wenn die Wärmekapazität des ganzen Körpers bekannt ist Mit, Q wird durch die Formel bestimmt:
Q \u003d C (t 2 - t 1 ) .
