Apa yang lebih cepat panas di atas kompor - ketel atau seember air? Jawabannya jelas - ketel. Lalu pertanyaan kedua adalah mengapa?
Jawabannya tidak kalah jelas - karena massa air dalam ketel lebih sedikit. Bagus sekali. Dan sekarang Anda dapat melakukan sendiri pengalaman fisik paling nyata di rumah. Untuk melakukan ini, Anda memerlukan dua panci kecil yang identik, jumlah air dan minyak sayur yang sama, misalnya, masing-masing setengah liter dan kompor. Taruh panci berisi minyak dan air di atas api yang sama. Dan sekarang lihat saja apa yang akan memanas lebih cepat. Jika ada termometer untuk cairan, Anda dapat menggunakannya, jika tidak, Anda dapat mencoba suhu dari waktu ke waktu dengan jari Anda, berhati-hatilah agar tidak membakar diri sendiri. Bagaimanapun, Anda akan segera melihat bahwa minyak memanas secara signifikan lebih cepat daripada air. Dan satu pertanyaan lagi, yang juga bisa diimplementasikan dalam bentuk pengalaman. Mana yang lebih cepat mendidih - air hangat atau dingin? Semuanya jelas lagi - yang hangat akan menjadi yang pertama selesai. Mengapa semua pertanyaan dan eksperimen aneh ini? Untuk menentukan kuantitas fisik yang disebut "jumlah panas."
Kuantitas panas
Jumlah panas adalah energi yang hilang atau diperoleh tubuh selama perpindahan panas. Ini jelas dari namanya. Saat didinginkan, tubuh akan kehilangan sejumlah panas, dan ketika dipanaskan, ia akan menyerap. Dan jawaban atas pertanyaan kami menunjukkan kepada kami tergantung pada apa jumlah panasnya? Pertama, semakin besar massa benda, semakin besar jumlah panas yang harus dikeluarkan untuk mengubah suhunya satu derajat. Kedua, jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan suatu benda bergantung pada zat penyusunnya, yaitu jenis zatnya. Dan ketiga, perbedaan suhu tubuh sebelum dan sesudah perpindahan panas juga penting untuk perhitungan kita. Berdasarkan hal di atas, kita dapat tentukan jumlah kalor dengan rumus :
di mana Q adalah jumlah panas,
m - berat badan,
(t_2-t_1) - perbedaan antara suhu tubuh awal dan akhir,
c - kapasitas panas spesifik zat, ditemukan dari tabel yang relevan.
Dengan menggunakan rumus ini, Anda dapat menghitung jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan suatu benda atau yang akan dilepaskan oleh benda tersebut saat mendingin.
Jumlah panas diukur dalam joule (1 J), seperti bentuk energi lainnya. Namun, nilai ini diperkenalkan belum lama ini, dan orang-orang mulai mengukur jumlah panas jauh lebih awal. Dan mereka menggunakan unit yang banyak digunakan di zaman kita - kalori (1 kal). 1 kalori adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 gram air sebesar 1 derajat Celcius. Dipandu oleh data ini, pecinta menghitung kalori dalam makanan yang mereka makan dapat, demi kepentingan, menghitung berapa liter air yang dapat direbus dengan energi yang mereka konsumsi dengan makanan di siang hari.
PERTUKARAN PANAS.
1. Perpindahan panas.
Pertukaran panas atau perpindahan panas adalah proses mentransfer energi internal dari satu tubuh ke tubuh lain tanpa melakukan usaha.
Ada tiga jenis perpindahan panas.
1) Konduktivitas termal adalah pertukaran panas antara benda-benda yang bersentuhan langsung.
2) Konveksi adalah perpindahan panas di mana panas ditransfer oleh aliran gas atau cairan.
3) Radiasi adalah perpindahan panas melalui radiasi elektromagnetik.
2. Jumlah panas.
Jumlah panas adalah ukuran perubahan energi internal suatu benda selama pertukaran panas. Dilambangkan dengan huruf Q.
Satuan besaran kalor = 1 J.
Jumlah panas yang diterima oleh suatu benda dari benda lain sebagai akibat dari perpindahan panas dapat digunakan untuk meningkatkan suhu (meningkatkan energi kinetik molekul) atau untuk mengubah keadaan agregasi (meningkatkan energi potensial).
3. Kapasitas panas spesifik suatu zat.
Pengalaman menunjukkan bahwa jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan benda bermassa m dari suhu T 1 ke suhu T 2 sebanding dengan massa tubuh m dan perbedaan suhu (T 2 - T 1), yaitu
Q = cm(T 2 - T 1 ) = denganmΔ T,
Dengan disebut kapasitas panas spesifik zat benda yang dipanaskan.
Kapasitas kalor jenis suatu zat sama dengan jumlah kalor yang harus diberikan kepada 1 kg zat untuk memanaskannya sebesar 1 K.
Satuan kapasitas panas spesifik =.
Nilai kapasitas panas berbagai zat dapat ditemukan dalam tabel fisik.
Jumlah kalor Q yang sama persis akan dilepaskan ketika benda didinginkan oleh T.
4. Panas spesifik penguapan.
Pengalaman menunjukkan bahwa jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah cairan menjadi uap sebanding dengan massa cairan, mis.
Q = aku,
di mana adalah koefisien proporsionalitas L disebut panas spesifik penguapan.
Panas spesifik penguapan sama dengan jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah 1 kg cairan pada titik didih menjadi uap.
Satuan ukuran untuk panas spesifik penguapan.
Dalam proses sebaliknya, kondensasi uap, panas dilepaskan dalam jumlah yang sama yang dihabiskan untuk penguapan.
5. Panas spesifik peleburan.
Pengalaman menunjukkan bahwa jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah benda padat menjadi cair sebanding dengan massa benda, mis.
Q = λ m,
di mana koefisien proporsionalitas disebut panas spesifik peleburan.
Panas spesifik peleburan sama dengan jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah benda padat dengan berat 1 kg menjadi cairan pada titik leleh.
Satuan ukuran untuk panas spesifik peleburan.
Dalam proses sebaliknya, kristalisasi cairan, panas dilepaskan dalam jumlah yang sama yang dihabiskan untuk mencair.
6. Panas spesifik pembakaran.
Pengalaman menunjukkan bahwa jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna bahan bakar sebanding dengan massa bahan bakar, mis.
Q = qm,
Dimana faktor proporsionalitas q disebut panas spesifik pembakaran.
Panas spesifik pembakaran sama dengan jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar.
Satuan ukuran untuk panas spesifik pembakaran.
7. Persamaan keseimbangan panas.
Dua atau lebih benda terlibat dalam pertukaran panas. Beberapa tubuh mengeluarkan panas, sementara yang lain menerimanya. Perpindahan panas terjadi sampai suhu benda menjadi sama. Menurut hukum kekekalan energi, jumlah panas yang dilepaskan sama dengan jumlah yang diterima. Atas dasar ini, persamaan keseimbangan panas ditulis.
Pertimbangkan sebuah contoh.
Sebuah benda bermassa m 1 , yang kapasitas panasnya c 1 , memiliki suhu T 1 , dan sebuah benda bermassa m 2 , yang kapasitas panasnya c 2 , memiliki suhu T 2 . Selain itu, T 1 lebih besar dari T 2. Tubuh-tubuh ini dibawa ke dalam kontak. Pengalaman menunjukkan bahwa benda yang dingin (m 2) mulai memanas, dan benda yang panas (m 1) mulai mendingin. Ini menunjukkan bahwa bagian dari energi internal dari benda panas dipindahkan ke benda yang dingin, dan suhunya merata. Mari kita nyatakan suhu total akhir dengan .
Jumlah panas yang dipindahkan dari benda panas ke benda dingin
Q ditransfer. = c 1 m 1 (T 1 – θ )
Jumlah panas yang diterima oleh tubuh dingin dari yang panas
Q diterima. = c 2 m 2 (θ – T 2 )
Menurut hukum kekekalan energi Q ditransfer. = Q diterima., yaitu
c 1 m 1 (T 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – T 2 )
Mari kita buka kurung dan nyatakan nilai suhu keadaan tunak total .
Nilai suhu dalam hal ini akan diperoleh dalam kelvin.
Namun, karena dalam ekspresi untuk Q berlalu. dan Q diterima. jika ada perbedaan antara dua suhu, dan sama dalam kelvin dan derajat Celcius, maka perhitungan dapat dilakukan dalam derajat Celcius. Kemudian
Dalam hal ini, nilai suhu akan diperoleh dalam derajat Celcius.
Persamaan suhu sebagai akibat dari konduksi panas dapat dijelaskan atas dasar teori kinetika molekuler sebagai pertukaran energi kinetik antar molekul selama tumbukan dalam proses gerak kacau termal.
Contoh ini dapat diilustrasikan dengan grafik.
>> Fisika: Jumlah kalor
Dimungkinkan untuk mengubah energi internal gas di dalam silinder tidak hanya dengan melakukan kerja, tetapi juga dengan memanaskan gas.
Jika Anda memperbaiki piston ( gambar.13.5), maka volume gas tidak berubah ketika dipanaskan dan tidak ada usaha yang dilakukan. Tetapi suhu gas, dan karenanya energi internalnya, meningkat.
Proses perpindahan energi dari suatu benda ke benda lain tanpa melakukan usaha disebut pertukaran panas atau perpindahan panas.
Ukuran kuantitatif perubahan energi dalam selama perpindahan panas disebut jumlah panas. Jumlah panas juga disebut energi yang dikeluarkan tubuh dalam proses perpindahan panas.
Gambar molekul perpindahan panas
Selama pertukaran panas, tidak ada konversi energi dari satu bentuk ke bentuk lain; bagian dari energi internal benda panas dipindahkan ke benda dingin.
Jumlah panas dan kapasitas panas. Anda sudah tahu bahwa untuk memanaskan tubuh dengan massa m suhu t1 hingga suhu t2 perlu untuk mentransfer jumlah panas ke sana:
Ketika tubuh mendingin, suhu akhirnya t2 lebih kecil dari suhu awal t1 dan jumlah panas yang dilepaskan oleh tubuh adalah negatif.
Koefisien c dalam rumus (13.5) disebut panas spesifik zat. Kapasitas panas spesifik adalah nilai numerik yang sama dengan jumlah panas yang diterima atau dilepaskan suatu zat bermassa 1 kg ketika suhunya berubah sebesar 1 K.
Kapasitas panas spesifik tidak hanya bergantung pada sifat-sifat zat, tetapi juga pada proses dimana perpindahan panas terjadi. Jika Anda memanaskan gas pada tekanan konstan, itu akan memuai dan melakukan pekerjaan. Untuk memanaskan gas sebesar 1°C pada tekanan konstan, lebih banyak panas yang harus dipindahkan daripada memanaskannya pada volume konstan, ketika gas hanya akan memanas.
Zat cair dan zat padat memuai sedikit bila dipanaskan. Kapasitas panas spesifik mereka pada volume konstan dan tekanan konstan sedikit berbeda.
Panas spesifik penguapan. Untuk mengubah cairan menjadi uap selama proses perebusan, perlu untuk mentransfer sejumlah panas ke dalamnya. Suhu zat cair tidak berubah ketika mendidih. Transformasi cairan menjadi uap pada suhu konstan tidak menyebabkan peningkatan energi kinetik molekul, tetapi disertai dengan peningkatan energi potensial interaksi mereka. Lagi pula, jarak rata-rata antara molekul gas jauh lebih besar daripada antara molekul cair.
Nilai numerik yang sama dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah 1 kg cairan menjadi uap pada suhu konstan disebut panas spesifik penguapan. Nilai ini dilambangkan dengan huruf r dan dinyatakan dalam joule per kilogram (J/kg).
Panas spesifik penguapan air sangat tinggi: rH2O\u003d 2.256 10 6 J / kg pada suhu 100 ° C. Dalam cairan lain, misalnya alkohol, eter, merkuri, minyak tanah, panas spesifik penguapan 3-10 kali lebih kecil daripada air.
Untuk mengubah cairan menjadi massa m uap membutuhkan jumlah panas yang sama dengan:
Saat uap mengembun, jumlah panas yang sama dilepaskan:
Nilai yang secara numerik sama dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah zat kristal dengan berat 1 kg pada titik leleh menjadi cairan disebut panas spesifik peleburan.
Selama kristalisasi suatu zat dengan massa 1 kg, jumlah kalor yang dilepaskan sama persis dengan yang diserap selama peleburan.
Kalor jenis peleburan es agak tinggi: 3,34 10 5 J/kg. “Jika es tidak memiliki panas peleburan yang tinggi,” tulis R. Black pada abad ke-18, “maka pada musim semi seluruh massa es harus mencair dalam beberapa menit atau detik, karena panas terus menerus ditransfer ke es. dari udara. Konsekuensi dari ini akan mengerikan; karena bahkan di bawah situasi sekarang ini, banjir besar dan aliran air yang deras muncul dari pencairan es atau salju yang sangat banyak.”
Untuk melelehkan tubuh kristal dengan massa m, jumlah kalor yang dibutuhkan adalah:
Jumlah panas yang dilepaskan selama kristalisasi tubuh sama dengan:
Energi internal suatu benda berubah selama pemanasan dan pendinginan, selama penguapan dan kondensasi, selama peleburan dan kristalisasi. Dalam semua kasus, sejumlah panas dipindahkan ke atau dikeluarkan dari tubuh.
???
1. Apa yang disebut kuantitas? kehangatan?
2. Kapasitas panas spesifik suatu zat bergantung pada apa?
3. Apa yang disebut panas spesifik penguapan?
4. Apa yang disebut panas spesifik peleburan?
5. Dalam kasus apa jumlah panas bernilai positif, dan dalam kasus apa itu negatif?
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fisika Kelas 10
Isi pelajaran ringkasan pelajaran mendukung bingkai pelajaran presentasi metode akselerasi teknologi interaktif Praktik tugas dan latihan ujian mandiri lokakarya, pelatihan, kasus, pencarian pekerjaan rumah pertanyaan diskusi pertanyaan retoris dari siswa Ilustrasi audio, klip video, dan multimedia foto, gambar grafik, tabel, skema humor, anekdot, lelucon, perumpamaan komik, ucapan, teka-teki silang, kutipan Add-on abstrak chip artikel untuk lembar contekan yang ingin tahu, buku teks dasar dan glosarium tambahan istilah lainnya Memperbaiki buku pelajaran dan pelajaranmengoreksi kesalahan dalam buku teks memperbarui fragmen dalam buku teks elemen inovasi dalam pelajaran menggantikan pengetahuan usang dengan yang baru Hanya untuk guru pelajaran yang sempurna rencana kalender untuk tahun rekomendasi metodologis dari program diskusi Pelajaran TerintegrasiJika Anda memiliki koreksi atau saran untuk pelajaran ini,
Cabang fisika molekuler yang mempelajari transfer energi, pola transformasi beberapa jenis energi menjadi energi lain. Berbeda dengan teori kinetik-molekul, termodinamika tidak memperhitungkan struktur internal zat dan mikroparameter.
Sistem termodinamika
Ini adalah kumpulan benda yang bertukar energi (dalam bentuk kerja atau panas) satu sama lain atau dengan lingkungan. Misalnya, air dalam teko menjadi dingin, terjadi pertukaran panas air dengan teko dan teko dengan lingkungan. Silinder dengan gas di bawah piston: piston melakukan pekerjaan, akibatnya gas menerima energi dan parameter makronya berubah.
Kuantitas panas
dia energi, yang diterima atau diberikan oleh sistem dalam proses pertukaran panas. Dilambangkan dengan simbol Q, diukur, seperti energi apa pun, dalam Joule.
Sebagai hasil dari berbagai proses perpindahan panas, energi yang ditransfer ditentukan dengan caranya sendiri.
Pemanasan dan pendinginan
Proses ini ditandai dengan perubahan suhu sistem. Jumlah panas ditentukan oleh rumus
Kapasitas panas spesifik suatu zat dengan diukur dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan satuan massa zat ini dengan 1K. Pemanasan 1 kg gelas atau 1 kg air membutuhkan jumlah energi yang berbeda. Kapasitas panas spesifik adalah nilai yang diketahui, sudah dihitung untuk semua zat, dalam tabel fisik.
Kapasitas panas zat C- ini adalah jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan tubuh tanpa memperhitungkan massanya sebesar 1K.
Mencair dan kristalisasi
Mencair adalah peralihan zat dari wujud padat ke wujud cair. Transisi sebaliknya disebut kristalisasi.
Energi yang dihabiskan untuk penghancuran kisi kristal suatu zat ditentukan oleh rumus:
Panas spesifik peleburan adalah nilai yang diketahui untuk setiap zat, dalam tabel fisik.
Penguapan (penguapan atau pendidihan) dan pengembunan
Penguapan adalah transisi suatu zat dari keadaan cair (padat) ke keadaan gas. Proses sebaliknya disebut kondensasi.
Panas spesifik penguapan adalah nilai yang diketahui untuk setiap zat, dalam tabel fisik.
Pembakaran
Jumlah panas yang dilepaskan ketika suatu zat terbakar
Panas spesifik pembakaran adalah nilai yang diketahui untuk setiap zat, dalam tabel fisik.
Untuk sistem benda tertutup dan terisolasi secara adiabatik, persamaan keseimbangan panas terpenuhi. Jumlah aljabar dari jumlah panas yang diberikan dan diterima oleh semua benda yang berpartisipasi dalam pertukaran panas sama dengan nol:
Seperti yang Anda ketahui, selama berbagai proses mekanis, ada perubahan energi mekanik W meh Ukuran perubahan energi mekanik adalah kerja gaya yang diterapkan pada sistem:
\(~\Delta W_(meh) = A.\)
Selama perpindahan panas, terjadi perubahan energi internal tubuh. Ukuran perubahan energi internal selama perpindahan panas adalah jumlah panas.
Kuantitas panas adalah ukuran perubahan energi internal yang diterima (atau diberikan) oleh tubuh dalam proses perpindahan panas.
Jadi, kerja dan jumlah panas mencirikan perubahan energi, tetapi tidak identik dengan energi. Mereka tidak mencirikan keadaan sistem itu sendiri, tetapi menentukan proses transisi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya (dari satu benda ke benda lain) ketika keadaan berubah dan pada dasarnya bergantung pada sifat proses.
Perbedaan utama antara pekerjaan dan jumlah panas adalah bahwa pekerjaan mencirikan proses perubahan energi internal sistem, disertai dengan transformasi energi dari satu jenis ke jenis lainnya (dari mekanik ke internal). Jumlah panas mencirikan proses perpindahan energi internal dari satu benda ke benda lain (dari yang lebih panas ke yang kurang panas), tidak disertai dengan transformasi energi.
Pengalaman menunjukkan bahwa jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan benda bermassa m suhu T 1 sampai suhu T 2 dihitung dengan rumus
\(~Q = cm (T_2 - T_1) = cm \Delta T, \qquad (1)\)
di mana c- kapasitas panas spesifik zat;
\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)
Satuan SI untuk kalor jenis adalah joule per kilogram-Kelvin (J/(kg K)).
Panas spesifik c secara numerik sama dengan jumlah panas yang harus diberikan ke benda bermassa 1 kg untuk memanaskannya sebesar 1 K.
Kapasitas panas tubuh C T secara numerik sama dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah suhu tubuh sebesar 1 K:
\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = cm.\)
Satuan SI untuk kapasitas kalor suatu benda adalah joule per Kelvin (J/K).
Untuk mengubah zat cair menjadi uap pada suhu tetap, jumlah kalor yang diperlukan adalah
\(~Q = Lm, \qquad (2)\)
di mana L- Panas spesifik penguapan. Ketika uap mengembun, jumlah panas yang sama dilepaskan.
Untuk melelehkan tubuh kristal dengan massa m pada titik leleh, tubuh perlu melaporkan jumlah panas
\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)
di mana λ - panas spesifik fusi. Selama kristalisasi benda, jumlah panas yang sama dilepaskan.
Jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna massa bahan bakar m,
\(~Q = qm, \qquad (4)\)
di mana q- Panas spesifik pembakaran.
Satuan SI untuk kalor jenis penguapan, peleburan, dan pembakaran adalah joule per kilogram (J/kg).
literatur
Aksenovich L. A. Fisika di sekolah menengah: Teori. Tugas. Tes: Prok. tunjangan bagi lembaga penyelenggara umum. lingkungan, pendidikan / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 154-155.
