O que aquece mais rápido no fogão - uma chaleira ou um balde de água? A resposta é óbvia - uma chaleira. Então a segunda pergunta é por quê?
A resposta não é menos óbvia - porque a massa de água na chaleira é menor. Multar. E agora você pode fazer a experiência física mais real em casa. Para fazer isso, você precisará de duas panelas pequenas idênticas, uma quantidade igual de água e óleo vegetal, por exemplo, meio litro cada e um fogão. Coloque panelas de óleo e água no mesmo fogo. E agora é só observar o que vai esquentar mais rápido. Se houver um termômetro para líquidos, você pode usá-lo, se não, você pode apenas experimentar a temperatura de vez em quando com o dedo, apenas tome cuidado para não se queimar. De qualquer forma, você verá em breve que o óleo aquece significativamente mais rápido que a água. E mais uma pergunta, que também pode ser implementada na forma de experiência. Qual ferve mais rápido - água morna ou fria? Tudo é óbvio novamente - o quente será o primeiro a terminar. Por que todas essas perguntas e experimentos estranhos? A fim de determinar a quantidade física chamada "a quantidade de calor".
Quantidade de calor
A quantidade de calor é a energia que o corpo perde ou ganha durante a transferência de calor. Isso fica claro pelo nome. Ao esfriar, o corpo perderá uma certa quantidade de calor e, quando aquecido, absorverá. E as respostas às nossas perguntas nos mostraram de que depende a quantidade de calor? Primeiro, quanto maior a massa do corpo, maior a quantidade de calor que deve ser gasta para alterar sua temperatura em um grau. Em segundo lugar, a quantidade de calor necessária para aquecer um corpo depende da substância de que é composto, isto é, do tipo de substância. E em terceiro lugar, a diferença na temperatura corporal antes e depois da transferência de calor também é importante para nossos cálculos. Com base no exposto, podemos determine a quantidade de calor pela fórmula:
onde Q é a quantidade de calor,
m - peso corporal,
(t_2-t_1) - a diferença entre a temperatura corporal inicial e final,
c - capacidade calorífica específica da substância, é encontrada nas tabelas relevantes.
Usando esta fórmula, você pode calcular a quantidade de calor necessária para aquecer qualquer corpo ou que esse corpo liberará quando esfriar.
A quantidade de calor é medida em joules (1 J), como qualquer outra forma de energia. No entanto, esse valor foi introduzido há pouco tempo e as pessoas começaram a medir a quantidade de calor muito antes. E eles usaram uma unidade que é amplamente utilizada em nosso tempo - uma caloria (1 cal). 1 caloria é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama de água em 1 grau Celsius. Guiados por esses dados, os amantes da contagem de calorias nos alimentos que ingerem podem, por curiosidade, calcular quantos litros de água podem ser fervidos com a energia que consomem com os alimentos durante o dia.
TROCA DE CALOR.
1.Transferência de calor.
Troca de calor ou transferência de caloré o processo de transferir a energia interna de um corpo para outro sem realizar trabalho.
Existem três tipos de transferência de calor.
1) Condutividade térmicaé a troca de calor entre corpos em contato direto.
2) Convecçãoé a transferência de calor na qual o calor é transferido por fluxos de gás ou líquido.
3) Radiaçãoé a transferência de calor por meio de radiação eletromagnética.
2. A quantidade de calor.
A quantidade de calor é uma medida da mudança na energia interna de um corpo durante a troca de calor. Indicada por letra Q.
A unidade de medida da quantidade de calor = 1 J.
A quantidade de calor recebida por um corpo de outro corpo como resultado da transferência de calor pode ser gasta no aumento da temperatura (aumento da energia cinética das moléculas) ou na mudança do estado de agregação (aumento da energia potencial).
3. Capacidade calorífica específica de uma substância.
A experiência mostra que a quantidade de calor necessária para aquecer um corpo de massa m da temperatura T 1 à temperatura T 2 é proporcional à massa do corpo m e à diferença de temperatura (T 2 - T 1), ou seja,
Q = cm(T 2 - T 1 ) = commΔ T,
comé chamada de capacidade calorífica específica da substância do corpo aquecido.
A capacidade calorífica específica de uma substância é igual à quantidade de calor que deve ser transmitida a 1 kg da substância para aquecê-la em 1 K.
Unidade de calor específico =.
Os valores de capacidade calorífica de várias substâncias podem ser encontrados em tabelas físicas.
Exatamente a mesma quantidade de calor Q será liberada quando o corpo for resfriado por ΔT.
4. Calor específico de vaporização.
A experiência mostra que a quantidade de calor necessária para converter um líquido em vapor é proporcional à massa do líquido, ou seja,
Q = filme,
onde é o coeficiente de proporcionalidade eué chamado de calor específico de vaporização.
O calor específico de vaporização é igual à quantidade de calor necessária para converter 1 kg de líquido no ponto de ebulição em vapor.
Unidade de medida do calor específico de vaporização.
No processo inverso, na condensação do vapor, o calor é liberado na mesma quantidade que foi gasta na vaporização.
5. Calor específico de fusão.
A experiência mostra que a quantidade de calor necessária para transformar um sólido em líquido é proporcional à massa do corpo, ou seja,
Q = λ m,
onde o coeficiente de proporcionalidade λ é chamado de calor específico de fusão.
O calor específico de fusão é igual à quantidade de calor necessária para transformar um corpo sólido de 1 kg em líquido no ponto de fusão.
Unidade de medida para calor específico de fusão.
No processo inverso, a cristalização de um líquido, o calor é liberado na mesma quantidade que foi gasto na fusão.
6. Calor específico de combustão.
A experiência mostra que a quantidade de calor liberada durante a combustão completa do combustível é proporcional à massa do combustível, ou seja,
Q = qm,
Onde o fator de proporcionalidade q é chamado de calor específico de combustão.
O calor específico de combustão é igual à quantidade de calor liberada durante a combustão completa de 1 kg de combustível.
Unidade de medida do calor específico de combustão.
7. Equação do balanço térmico.
Dois ou mais corpos estão envolvidos na troca de calor. Alguns corpos emitem calor, enquanto outros o recebem. A transferência de calor ocorre até que as temperaturas dos corpos se tornem iguais. De acordo com a lei da conservação da energia, a quantidade de calor que é emitida é igual à quantidade que é recebida. Com base nisso, a equação de balanço de calor é escrita.
Considere um exemplo.
Um corpo de massa m 1 , cuja capacidade calorífica é c 1 , tem temperatura T 1 , e um corpo de massa m 2 , cuja capacidade calorífica é c 2 , tem temperatura T 2 . Além disso, T 1 é maior que T 2. Esses corpos são postos em contato. A experiência mostra que um corpo frio (m 2) começa a aquecer e um corpo quente (m 1) começa a esfriar. Isso sugere que parte da energia interna de um corpo quente é transferida para um corpo frio, e as temperaturas se equilibram. Vamos denotar a temperatura total final por θ.
A quantidade de calor transferida de um corpo quente para um frio
Q transferido. = c 1 m 1 (T 1 – θ )
A quantidade de calor recebida por um corpo frio de um corpo quente
Q recebido. = c 2 m 2 (θ – T 2 )
Pela lei da conservação da energia Q transferido. = Q recebido., ou seja
c 1 m 1 (T 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – T 2 )
Abramos os parênteses e expressemos o valor da temperatura total em regime permanente θ.
O valor da temperatura θ neste caso será obtido em kelvins.
No entanto, uma vez que nas expressões para Q passou. e Q é recebido. se houver uma diferença entre duas temperaturas e for a mesma em kelvins e graus Celsius, o cálculo poderá ser realizado em graus Celsius. Então
Neste caso, o valor da temperatura θ será obtido em graus Celsius.
A equalização de temperaturas como resultado da condução de calor pode ser explicada com base na teoria cinética molecular como uma troca de energia cinética entre moléculas durante a colisão no processo de movimento caótico térmico.
Este exemplo pode ser ilustrado com um gráfico.
>>Física: Quantidade de calor
É possível alterar a energia interna do gás no cilindro não apenas realizando trabalho, mas também aquecendo o gás.
Se você consertar o pistão ( fig.13.5), então o volume do gás não muda quando aquecido e nenhum trabalho é realizado. Mas a temperatura do gás e, portanto, sua energia interna, aumenta.
O processo de transferir energia de um corpo para outro sem realizar trabalho é chamado de troca de calor ou transferência de calor.
A medida quantitativa da mudança na energia interna durante a transferência de calor é chamada de quantidade de calor. A quantidade de calor também é chamada de energia que o corpo emite no processo de transferência de calor.
Imagem molecular de transferência de calor
Durante a troca de calor, não há conversão de energia de uma forma para outra; parte da energia interna de um corpo quente é transferida para um corpo frio.
A quantidade de calor e capacidade de calor. Você já sabe que aquecer um corpo com massa m temperatura t1 até a temperatura t2é necessário transferir a quantidade de calor para ele:
Quando um corpo esfria, sua temperatura final t2é menor que a temperatura inicial t1 e a quantidade de calor emitida pelo corpo é negativa.
Coeficiente c na fórmula (13.5) é chamado calor específico substâncias. A capacidade calorífica específica é um valor numericamente igual à quantidade de calor que uma substância de 1 kg de massa recebe ou emite quando sua temperatura muda de 1 K.
A capacidade calorífica específica depende não apenas das propriedades da substância, mas também do processo pelo qual a transferência de calor ocorre. Se você aquecer um gás a pressão constante, ele se expandirá e realizará trabalho. Para aquecer um gás em 1°C a pressão constante, mais calor deve ser transferido para ele do que para aquecê-lo a volume constante, quando o gás apenas aquecerá.
Líquidos e sólidos expandem ligeiramente quando aquecidos. Suas capacidades de calor específico a volume constante e pressão constante diferem pouco.
Calor específico de vaporização. Para converter um líquido em vapor durante o processo de ebulição, é necessário transferir uma certa quantidade de calor para ele. A temperatura de um líquido não muda quando ferve. A transformação de um líquido em vapor a uma temperatura constante não leva a um aumento na energia cinética das moléculas, mas é acompanhada por um aumento na energia potencial de sua interação. Afinal, a distância média entre as moléculas de gás é muito maior do que entre as moléculas de líquido.
O valor numericamente igual à quantidade de calor necessária para converter um líquido de 1 kg em vapor a uma temperatura constante é chamado de calor específico de vaporização. Este valor é indicado pela letra r e é expresso em joules por quilograma (J/kg).
O calor específico de vaporização da água é muito alto: rH2O\u003d 2.256 10 6 J / kg a uma temperatura de 100 ° C. Em outros líquidos, por exemplo, álcool, éter, mercúrio, querosene, o calor específico de vaporização é 3-10 vezes menor que o da água.
Para transformar um líquido em uma massa m vapor requer uma quantidade de calor igual a:
Quando o vapor condensa, a mesma quantidade de calor é liberada:
Um valor numericamente igual à quantidade de calor necessária para converter uma substância cristalina pesando 1 kg em um ponto de fusão em um líquido é chamado de calor específico de fusão.
Durante a cristalização de uma substância com massa de 1 kg, é liberada exatamente a mesma quantidade de calor que é absorvida durante a fusão.
O calor específico de fusão do gelo é bastante alto: 3,34 10 5 J/kg. “Se o gelo não tivesse um alto calor de fusão”, escreveu R. Black no século 18, “então na primavera toda a massa de gelo teria que derreter em alguns minutos ou segundos, já que o calor é continuamente transferido para o gelo do ar. As consequências disso seriam terríveis; afinal, mesmo sob a situação existente, grandes inundações e fortes correntes de água ocorrem quando grandes massas de gelo ou neve derretem.
Para fundir um corpo cristalino com massa m, a quantidade de calor necessária é:
A quantidade de calor liberada durante a cristalização do corpo é igual a:
A energia interna de um corpo muda durante o aquecimento e resfriamento, durante a vaporização e condensação, durante a fusão e cristalização. Em todos os casos, uma certa quantidade de calor é transferida ou removida do corpo.
???
1. O que é chamado de quantidade cordialidade?
2. De que depende a capacidade calorífica específica de uma substância?
3. O que é chamado de calor específico de vaporização?
4. O que é chamado de calor específico de fusão?
5. Em que casos a quantidade de calor é um valor positivo e em que casos é negativo?
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, 10ª série de Física
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Ramo da física molecular que estuda a transferência de energia, os padrões de transformação de alguns tipos de energia em outros. Ao contrário da teoria cinética molecular, a termodinâmica não leva em consideração a estrutura interna das substâncias e microparâmetros.
Sistema termodinâmico
Trata-se de um conjunto de corpos que trocam energia (na forma de trabalho ou calor) entre si ou com o meio ambiente. Por exemplo, a água do bule esfria, ocorre a troca de calor da água com o bule e do bule com o ambiente. Cilindro com gás sob o pistão: o pistão realiza trabalho, como resultado do qual o gás recebe energia e seus macroparâmetros mudam.
Quantidade de calor
Isso é energia, que é recebido ou dado pelo sistema no processo de troca de calor. Denotado pelo símbolo Q, medido, como qualquer energia, em Joules.
Como resultado de vários processos de transferência de calor, a energia que é transferida é determinada à sua maneira.
Aquecimento e refrigeração
Este processo é caracterizado por uma mudança na temperatura do sistema. A quantidade de calor é determinada pela fórmula
A capacidade calorífica específica de uma substância com medida pela quantidade de calor necessária para aquecer unidades de massa desta substância em 1K. Aquecer 1 kg de vidro ou 1 kg de água requer uma quantidade diferente de energia. A capacidade calorífica específica é um valor conhecido, já calculado para todas as substâncias, em tabelas físicas.
Capacidade calorífica da substância C- esta é a quantidade de calor necessária para aquecer o corpo sem levar em conta sua massa por 1K.
Fusão e cristalização
A fusão é a transição de uma substância do estado sólido para o estado líquido. A transição reversa é chamada de cristalização.
A energia gasta na destruição da rede cristalina de uma substância é determinada pela fórmula
O calor específico de fusão é um valor conhecido para cada substância, em tabelas físicas.
Vaporização (evaporação ou ebulição) e condensação
A vaporização é a transição de uma substância do estado líquido (sólido) para o estado gasoso. O processo inverso é chamado de condensação.
O calor específico de vaporização é um valor conhecido para cada substância, em tabelas físicas.
Combustão
A quantidade de calor liberada quando uma substância queima
O calor específico de combustão é um valor conhecido para cada substância, em tabelas físicas.
Para um sistema de corpos fechado e adiabaticamente isolado, a equação de balanço de calor é satisfeita. A soma algébrica das quantidades de calor fornecidas e recebidas por todos os corpos que participam da troca de calor é igual a zero:
Como você sabe, durante vários processos mecânicos, há uma mudança na energia mecânica C meh. A medida da variação da energia mecânica é o trabalho das forças aplicadas ao sistema:
\(~\Delta W_(meh) = A.\)
Durante a transferência de calor, ocorre uma mudança na energia interna do corpo. A medida da mudança na energia interna durante a transferência de calor é a quantidade de calor.
Quantidade de caloré uma medida da mudança na energia interna que o corpo recebe (ou doa) no processo de transferência de calor.
Assim, tanto o trabalho quanto a quantidade de calor caracterizam a mudança de energia, mas não são idênticos à energia. Eles não caracterizam o estado do sistema em si, mas determinam o processo de transição de energia de uma forma para outra (de um corpo para outro) quando o estado muda e dependem essencialmente da natureza do processo.
A principal diferença entre o trabalho e a quantidade de calor é que o trabalho caracteriza o processo de mudança da energia interna do sistema, acompanhado pela transformação da energia de um tipo para outro (de mecânica para interna). A quantidade de calor caracteriza o processo de transferência de energia interna de um corpo para outro (do mais aquecido para o menos aquecido), não acompanhado de transformações de energia.
A experiência mostra que a quantidade de calor necessária para aquecer um corpo com massa m temperatura T 1 a temperatura T 2 é calculado pela fórmula
\(~Q = cm (T_2 - T_1) = cm \Delta T, \qquad (1)\)
Onde c- capacidade calorífica específica da substância;
\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)
A unidade SI de calor específico é o joule por quilograma-Kelvin (J/(kg K)).
Calor específico cé numericamente igual à quantidade de calor que deve ser transmitida a um corpo de massa 1 kg para aquecê-lo de 1 K.
Capacidade de calor corpo C T é numericamente igual à quantidade de calor necessária para alterar a temperatura do corpo em 1 K:
\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = cm.\)
A unidade SI de capacidade calorífica de um corpo é o joule por Kelvin (J/K).
Para transformar um líquido em vapor a uma temperatura constante, a quantidade de calor necessária é
\(~Q = Lm, \qquad (2)\)
Onde eu- calor específico de vaporização. Quando o vapor condensa, a mesma quantidade de calor é liberada.
Para fundir um corpo cristalino com massa m no ponto de fusão, é necessário que o corpo informe a quantidade de calor
\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)
Onde λ - calor específico de fusão. Durante a cristalização de um corpo, a mesma quantidade de calor é liberada.
A quantidade de calor que é liberada durante a combustão completa da massa de combustível m,
\(~Q = qm, \qquad (4)\)
Onde q- calor específico de combustão.
A unidade SI de calores específicos de vaporização, fusão e combustão é joule por quilograma (J/kg).
Literatura
Aksenovich L. A. Física no ensino médio: teoria. Tarefas. Testes: Proc. subsídio para instituições que prestam serviços gerais. ambientes, educação / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 154-155.
